碳納米管纖維彈性導(dǎo)線及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種碳納米管纖維彈性導(dǎo)線及其制備方法。所述制備方法包括步驟：提供碳納米管纖維；將所述碳納米管纖維預(yù)設(shè)為非直線形；為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線；其中，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變大于所述碳納米管纖維的拉伸應(yīng)變。所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線有所述制備方法制得。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變非常高、高彈性、抗疲勞、耐彎折性能好；且具有輕量化和高導(dǎo)電率的特點(diǎn)；另外其制備方法簡單，易于規(guī)?；苽洹?br>【專利說明】
碳納米管纖維彈性導(dǎo)線及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及彈性導(dǎo)線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種碳納米管纖維彈性導(dǎo)線及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著物聯(lián)網(wǎng)以及可穿戴技術(shù)的發(fā)展，柔性、可伸縮器件是電子器件發(fā)展的主流趨勢，其中彈性導(dǎo)線是柔性器件發(fā)展的關(guān)鍵材料，近年來受到人們的廣泛關(guān)注。
[0003]目前，彈性導(dǎo)線主要包括以下幾種:(I)將傳統(tǒng)金屬導(dǎo)線纏繞在彈性載體上，雖然可以實(shí)現(xiàn)一定程度上的拉伸或彎折，但是由于傳統(tǒng)金屬導(dǎo)線由于其自身剛性、不耐彎折等缺陷，在使用過程中容易出現(xiàn)斷裂；(2)將導(dǎo)電材料(如炭黑、金屬粉末)直接同彈性聚合物混合得到彈性導(dǎo)線，但由于彈性聚合物的存在，此類導(dǎo)線均存在電阻高、導(dǎo)電效率低的缺陷，而且此類導(dǎo)線的拉伸性能也較差。
[0004]近些年，納米技術(shù)飛速發(fā)展，碳納米管材料具有非常高的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能，納米材料的引入為彈性導(dǎo)線的開發(fā)提供了可能。多根納米尺度碳納米管或碳納米管束通過紡絲技術(shù)組裝成宏觀尺寸的纖維狀材料，稱之為碳納米管纖維材料。近些年的眾多研究成果表明，碳納米管纖維在輕質(zhì)、高強(qiáng)、高導(dǎo)電纖維材料的發(fā)展方面具有非常廣泛的應(yīng)用前景。而合理利用碳納米管纖維的性能，解決目前彈性導(dǎo)線在導(dǎo)電率、彈性、拉伸性能、耐疲勞等方面的困境也是一個(gè)重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種碳納米管纖維彈性導(dǎo)線及其制備方法，不僅具有高導(dǎo)電率、高彈性、高拉伸應(yīng)變和極佳的抗疲勞性能，而且制備方法簡單，易于規(guī)?；苽洹?br>[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的之一，本發(fā)明一實(shí)施方式提供了一種碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法，所述制備方法包括步驟:
提供碳納米管纖維；
將所述碳納米管纖維預(yù)設(shè)為非直線形；
為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線；其中，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變大于所述碳納米管纖維的拉伸應(yīng)變。
[0007]作為本發(fā)明一實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線呈螺旋狀、方波狀、鋸齒波狀、三角波狀、正弦波狀、蛇形狀的任意一種。
[0008]作為本發(fā)明一實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟“將所述碳納米管纖維預(yù)設(shè)為非直線形”包括:
將所述碳納米管纖維呈非直線形固定于耐高溫絕緣基體上。
[0009]作為本發(fā)明一實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟“將所述碳納米管纖維預(yù)設(shè)為非直線形”包括:
將所述碳納米管纖維螺旋纏繞于耐高溫絕緣管表面。
[0010]作為本發(fā)明一實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述耐高溫絕緣管的材料為石英或剛玉。
[0011]作為本發(fā)明一實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟“為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線”前還包括:
將所述碳納米管纖維放置于真空環(huán)境或保護(hù)性氣氛環(huán)境中。
[0012]作為本發(fā)明一實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述保護(hù)性氣氛環(huán)境為氮?dú)猸h(huán)境或惰性氣體環(huán)境。
[0013]作為本發(fā)明一實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟“為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線”中，通電功率密度為20?20W/mm3，所述時(shí)間段為10~1 OOs。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的之一，本發(fā)明一實(shí)施方式還提供了一種碳納米管纖維彈性導(dǎo)線，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線由以上所述的制備方法制得。
[0015]作為本發(fā)明一實(shí)施方式的進(jìn)一步改進(jìn)，所述納米管纖維彈性導(dǎo)線呈螺旋狀、方波狀、鋸齒波狀、三角波狀、正弦波狀、蛇形狀的任意一種。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變非常大，具有高彈性;碳納米管纖維彈性導(dǎo)線主要以納米級(jí)碳納米管組成，抗疲勞、耐彎折性能好;且其完全由碳納米管材料構(gòu)成，具有輕量化和高導(dǎo)電率的特點(diǎn)；另外其制備方法簡單，易于規(guī)?；苽?。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法的流程圖；
圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的呈螺旋狀碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法的流程圖；
圖3是本發(fā)明一實(shí)施方式的呈螺旋狀碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的示意圖；
圖4是本發(fā)明一實(shí)施方式的呈鋸齒波狀碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的形狀示意圖；
圖5是本發(fā)明一實(shí)施方式的呈三角波狀碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的形狀示意圖；
圖6和圖7是本發(fā)明一實(shí)施方式的呈正弦波狀碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的形狀示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0019]參看圖1，圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法的流程圖。所述制備方法包括步驟:
提供碳納米管纖維；
將所述碳納米管纖維預(yù)設(shè)為非直線形；
為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線；其中，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變大于所述碳納米管纖維的拉伸應(yīng)變。
[0020]本本發(fā)明一實(shí)施方式的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法，不僅工藝簡單，易于規(guī)模化制備;而且利用該制備方法制得的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線，由于其定型為非直線形，拉伸應(yīng)變非常大、抗疲勞和耐彎折性能好，且兼具了碳納米管的輕量化和高導(dǎo)電率的特點(diǎn)。[0021 ]其中，所述步驟“將所述碳納米管纖維預(yù)設(shè)為非直線形”包括:
將所述碳納米管纖維呈非直線形固定于耐高溫絕緣基體上。
[0022]具體的，可通過將所述碳納米管纖維固定于耐高溫絕緣基體表面、或夾持固定于耐高溫絕緣基體的型腔內(nèi)，以使所述碳納米管纖維預(yù)設(shè)成并維持非直線形。其中，所述耐高溫絕緣基體設(shè)置為耐溫不低于1000攝氏度的材料。
[0023]另外，所述非直線形可設(shè)置為螺旋形、方波形、鋸齒波形、三角波形、正弦波形、蛇形的任意一種，相應(yīng)的，采用所述制備方法制得的所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線呈螺旋狀、方波狀、鋸齒波狀、三角波狀、正弦波狀、蛇形狀的任意一種。
[0024]所述步驟“提供碳納米管纖維”包括:
采用浮動(dòng)催化化學(xué)氣相沉積法合成可用于紡絲的碳納米管陣列；
采用紡絲方法制備一根碳納米管纖維。
[0025]其中，所述碳納米管纖維的直徑可為5?200μπι，纖維長度為O?10m。實(shí)際制備過程中，還可根據(jù)需求設(shè)置所述碳納米管纖維的直徑和長度。
[0026]所述步驟“為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線”前還包括:
將所述碳納米管纖維放置于真空環(huán)境或保護(hù)性氣氛環(huán)境中。
[0027]優(yōu)選地，所述保護(hù)性氣氛環(huán)境為氮?dú)猸h(huán)境或惰性氣體環(huán)境，還可為還原性氣體環(huán)境。這樣，可防止在通電過程中所述碳納米管纖維發(fā)生氧化變質(zhì)。
[0028]另外，所述步驟“為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線”包括:
將所述碳納米管纖維的兩端連通至電源；
為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線。
[0029]所述電源可以是直流電源或者交流電源，通電功率密度為20-120W/mm3，所述時(shí)間段為10-100S。在電流作用下，所述碳納米管纖維發(fā)生定型。通電處理結(jié)束以后，斷開電源，將定型后的所述碳納米管纖維從所述耐高溫絕緣基體上取下，即得到所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線。
[0030]參看圖2，圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的呈螺旋狀碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法的流程圖。呈螺旋狀碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法包括步驟:
提供碳納米管纖維；
將所述碳納米管纖維螺旋纏繞于耐高溫絕緣管表面；
為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為螺旋狀碳納米管纖維彈性導(dǎo)線;其中，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變大于所述碳納米管纖維的拉伸應(yīng)變。
[0031]所述步驟“將所述碳納米管纖維螺旋纏繞于耐高溫絕緣管表面”為:
將所述碳納米管纖維按順時(shí)針或逆時(shí)針均勻螺旋纏繞于耐高溫絕緣管表面。
[0032]其中，所述耐高溫絕緣管可設(shè)置為直徑為0.l_5mm的圓柱形。優(yōu)選地，所述耐高溫絕緣管設(shè)置為耐溫不小于1000攝氏度的絕緣材料，可以為石英、剛玉等。
[0033]本發(fā)明一實(shí)施方式還提供一種碳納米管纖維彈性導(dǎo)線，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線由以上所述的制備方法制得。參看圖3?圖7，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線呈螺旋狀、方波狀、鋸齒波狀、三角波狀、正弦波狀、蛇形狀的任意一種。
[0034]針對(duì)本發(fā)明一實(shí)施例提供的螺旋狀碳納米管纖維彈性導(dǎo)線進(jìn)行拉伸應(yīng)變實(shí)驗(yàn):所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線在初始狀態(tài)下的原始長度為3cm;在拉伸狀態(tài)下其拉伸長度可以達(dá)到1cm;當(dāng)釋放兩端拉力作用以后，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線可恢復(fù)到原始長度3cm。由此說明，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線具有非常大的拉伸應(yīng)變。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變非常大，具有高彈性;碳納米管纖維彈性導(dǎo)線主要以納米級(jí)碳納米管組成，抗疲勞、耐彎折性能好;且其完全由碳納米管材料構(gòu)成，具有輕量化和高導(dǎo)電率的特點(diǎn)；另外其制備方法簡單，易于規(guī)?；苽?。
[0036]上文所列出的詳細(xì)說明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括步驟: 提供碳納米管纖維； 將所述碳納米管纖維預(yù)設(shè)為非直線形； 為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線；其中，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的拉伸應(yīng)變大于所述碳納米管纖維的拉伸應(yīng)變。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法，其特征在于，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線呈螺旋狀、方波狀、鋸齒波狀、三角波狀、正弦波狀、蛇形狀的任意一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法，其特征在于，所述步驟“將所述碳納米管纖維預(yù)設(shè)為非直線形”包括: 將所述碳納米管纖維呈非直線形固定于耐高溫絕緣基體上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法，其特征在于，所述步驟“將所述碳納米管纖維預(yù)設(shè)為非直線形”包括: 將所述碳納米管纖維螺旋纏繞于耐高溫絕緣管表面。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法，其特征在于，所述耐高溫絕緣管的材料為石英或剛玉。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法，其特征在于，所述步驟“為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線”前還包括: 將所述碳納米管纖維放置于真空環(huán)境或保護(hù)性氣氛環(huán)境中。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法，其特征在于，所述保護(hù)性氣氛環(huán)境為氮?dú)猸h(huán)境或惰性氣體環(huán)境。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線的制備方法，其特征在于，所述步驟“為所述碳納米管纖維通電一時(shí)間段，所述碳納米管纖維定型為非直線形碳納米管纖維彈性導(dǎo)線”中，通電功率密度為20?20W/mm3，所述時(shí)間段為10?100s。9.一種碳納米管纖維彈性導(dǎo)線，其特征在于，所述碳納米管纖維彈性導(dǎo)線由權(quán)利要求1?8任一項(xiàng)所述的制備方法制得。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的碳納米管纖維彈性導(dǎo)線，其特征在于，所述納米管纖維彈性導(dǎo)線呈螺旋狀、方波狀、鋸齒波狀、三角波狀、正弦波狀、蛇形狀的任意一種。
【文檔編號(hào)】H01B7/04GK105825909SQ201610340001
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月20日
【發(fā)明人】勇振中, 許超, 李志 , 金赫華, 李清文
【申請(qǐng)人】蘇州捷迪納米科技有限公司