CN103696243A - 镍和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法 - Google Patents

镍和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103696243A
CN103696243A CN201310645142.9A CN201310645142A CN103696243A CN 103696243 A CN103696243 A CN 103696243A CN 201310645142 A CN201310645142 A CN 201310645142A CN 103696243 A CN103696243 A CN 103696243A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nano
nickel
tube
fibre
cnt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310645142.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103696243B (zh
Inventor
李亚利
何思斯
劳浔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201310645142.9A priority Critical patent/CN103696243B/zh
Publication of CN103696243A publication Critical patent/CN103696243A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103696243B publication Critical patent/CN103696243B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明涉及一种镍和碳纳米管复合纤维材料及其制备方法。该复合纤维是镍与碳纳米管的纳米复合纤维，是具有碳纳米管分布于镍基体中或纳米级的镍与碳纳米管结合结构的复合纤维。该复合纤维是以功能化的碳纳米管纤维为基体采用电化学法将镍沉积于碳纳米管纤维制得的。镍的重量百分比为10~99%，镍晶粒尺度介于40纳米~300纳米。所述的功能化的碳纳米管纤维为表面有含氧官能团的碳纳米管纤维。本发明制备的镍和碳纳米管复合纤维具有良好的界面结合且具有高导电高强等性能，可作为导电材料、导热材料、传感器等用于航天航空、电子、能源和智能纺织领域。

Description

镍和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法，具体涉及一种轻质高强高导电高导热的镍和碳纳米管构成的纳米复合纤维及其制备方法，属于纳米材料领域。 
背景技术
碳纳米管纤维是由纳米级的碳纳米管构成的宏观纤维材料。碳纳米管纤维集碳纳米管的高强高导电高导热和多功能性于一体，具有柔性，可编织，可用于发展高性能复合材料，导电导热材料和柔性电子、光电材料和器件，编织储能材料。 
碳纳米管纤维可由化学气相沉积法、溶液纺丝法和阵列纺丝法制备。尤其是化学气相沉积法可一步制备连续的碳纳米管纤维，具有产业化的发展前景。用该方法制备的碳纳米管纤维中碳纳米管为网络连接，通过反应控制能制备出单壁和双壁以及多壁或这些混合的各种碳纳米管结构的纤维，应用于不同领域。 
镍具有高导电、高导热等物理性能，以及高延展性等优异的力学和物理化学性能，将其与碳纳米管纤维复合可利用碳纳米管的一维纳米结构、优异的力学性能、导电性导热性和多功能性和镍的优异的物理化学特性，发展柔性、可编织、高强、高导电、高导热等优异性能的复合材料和柔性电子、光电材料和器件，编织储能材料。 
本发明制备的镍和碳纳米管的复合纤维为镍和碳纳米管构成的纳米复合纤维，具有碳纳米管分布于镍基体中或纳米级的镍和碳纳米管同轴结合的结构。该复合纤维是以功能化的碳纳米管纤维为基体采用电化学法将镍沉积于碳纳米管纤维制备的。该复合纤维中的碳纳米管有取向性地分布于金属中且与金属形成强界面结合，可作为导电材料、导热材料、柔性电子、光电材料和器件，编织储能材料等用于航天航空、电子、能源和智能纺织领域。 
本发明制备的镍和碳纳米管复合纤维的效果不同于现有的发明。中国专利号CN201010268622.4公开了一种制备的表面包覆镍镀层的碳纳米管纤维的电缆。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍和碳纳米管复合纤维材料及其制备方法。本发明制备的镍与碳纳米管的复合纤维是镍和碳纳米管构成的纳米复合纤维，具有碳纳米管分布于镍基体中或纳米级的镍与碳纳米管结合的结构。该复合纤维是以功能化的碳纳米管纤维为基体采用电化学法将镍沉积于碳纳米管纤维制得的，可作为导电材料、导热材料、柔性电子、光电材料和器件，编织储能材料等用于航天航空、电子、能源和智能纺织领域。 
本发明提供的一种镍和碳纳米管的复合纤维材料为镍与功能化的碳纳米管纤维构成的纳米复合纤维，是具有碳纳米管分布于镍基体中或纳米级的镍与碳纳米管同轴结合的结构的复合纤维。镍的重量百分比为10~99 %，镍晶粒尺度介于40纳米~300纳米。所述的功能化的碳纳米管纤维为表面有含氧官能团的碳纳米管纤维。 
所述的碳纳米管纤维中的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或它们的混合物。 
本发明提供的一种制备镍和碳纳米管复合纤维材料的方法包括的步骤： 
1）将碳纳米管纤维用酸处理0.5～5小时，温度室温～100 °C，使碳纳米管产生较多的含氧基团，以实现功能化处理得到功能化碳纳米管纤维； 
2）将步骤1）的碳纳米管纤维或者由化学气相沉积法直接生成的碳纳米管纤维浸于可溶性镍盐溶液中，温度10～60 °C，施加电流或电压于碳纳米管纤维1分钟～10小时。
所述的酸包括硝酸、硫酸等氧化性的酸。 
所述的功能化的碳纳米管纤维为具有含氧官能团的碳纳米管纤维，含氧官能团主要包括羟基(-OH)、羧基(COO)和羰基(C=O)等。 
所述的施加的电流范围为0.1～2 A，施加的电压范围为0.1～10 V。 
所述的镍盐溶液中镍离子浓度为0.1～2 摩尔每升，加入硼酸、硫酸等酸用于调节溶液pH值。 
本发明技术制备镍和碳纳米管的复合纤维可发展新型轻质电缆用于电力传输，电磁屏蔽、智能纺织等电子织物、导电导热吸波等高性能复合材料、药物传输载体以及传感器等电子器件。 
本发明制备的镍和碳纳米管复合纤维为镍和碳纳米管构成的纳米复合纤维。用本发明技术方案制备的镍和碳纳米管复合纤维为碳纳米管分布于镍基体中或纳米级的镍与碳纳米管同轴结合的复合纤维。该复合纤维中镍与功能化的碳纳米管纤维通过表面作用具有良好的界面结合，同时具有高强高导电高导热等性能。 
  
附图说明   
图1为本发明实例1制得的镍和碳纳米管复合纤维的实物图。
图2为本发明实例1所用的镍和碳纳米管复合纤维拉伸断口的低倍扫描电镜图。 
图3为本发明实例1制得的镍和碳纳米管复合纤维拉伸断口的高倍扫描电镜图。 
图4为本发明实例1采用的碳纳米管纤维的C1s的XPS图谱。 
图5为本发明实例2采用的碳纳米管纤维的C1s的XPS图谱。 
图6为本发明实例2制得的镍与碳纳米管复合纤维表面的高倍扫描电镜图。 
图7为本发明实例3制得的镍与碳纳米管复合纤维表面的高倍扫描电镜图。 
  
具体实施方式   
本发明结合具体实施例作详细描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件以及手册中所述的条件，或按照制造厂商说明书所建议的条件。
实施例1：根据公开号CN101665997A报道的方法制备碳纳米管纤维。取碳纳米管纤维放入100 oC的硝酸溶液中处理5小时，蒸馏水洗净，放入预配置的1 升每摩尔硫酸镍、0.2 升每摩尔氯化镍和0.5 升每摩尔硼酸混合水溶液，采用三电极沉积，碳纳米管纤维作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，镍为对电极，为使沉积过程稳定，将用整个沉积装置置于20 °C水浴进行沉积，设定沉积的扫描速率1毫伏每秒，沉积时间20分钟，交变电压3伏作用下，制备出镍与碳纳米管复合纤维材料。称重纤维沉积前后质量，复合纤维的镍质量百分数约为99 %。图1为镍和碳纳米管复合纤维的实物图。图2和图3分别为制得的镍和碳纳米管复合纤维断口的低倍和高倍扫描电镜图。可见复合纤维实心，镍充满整个截面，且具有颗粒形貌的镍与碳纳米管同轴结合的复合结构，颗粒的直径为300纳米。采用X射线光电子能谱仪分析处理后的碳纳米管纤维的存在的官能团。图4为功能化的碳纳米管纤维的C1s的XPS图谱。从该图谱可见该碳纳米管纤维具有较多的碳-氧官能团，主要包括C-OH、C=O和COOH，还含有少量的O-COO键。这些官能团可使溶液与碳纳米管纤维浸润并可作为沉积点使镍在其上形核并生长，使镍与碳纳米管具有较好的结合性。 
该镍和碳纳米管的复合纤维材料表现出高导电性，电导率0.8×107 西门子每米，较原纤维(3.0×103西门子每米)提高约三个数量级。复合纤维表现出高强度，强度为346 兆帕，较原纤维(3.8兆帕)明显提高了~90倍。 
实施例2：根据专利CN101665997A报道的方法制备碳纳米管纤维。取碳纳米管纤维直接放入预配置的1 升每摩尔硫酸镍、0.2 升每摩尔氯化镍和0.5 升每摩尔硼酸混合水溶液，采用三电极沉积，碳纳米管纤维作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，镍为对电极，为使沉积过程稳定，将用整个沉积装置置于20 °C水浴进行沉积，设定沉积的扫描速率1 毫伏每秒，沉积时间20 分钟，交变电压3 伏作用下，制备出镍与碳纳米管复合纤维。称重纤维沉积前后质量，复合纤维的镍质量百分数约为96 %。图6分别为本发明制得的镍与碳纳米管复合纤维断口的高倍扫描电镜图。扫描电镜观察复合纤维断口外镍层厚~10 微米，内部仍为原碳纳米管束。放大观察镍层可见碳纳米管分布于镍基体中形成同轴的复合结构。采用X射线光电子能谱仪分析碳纳米管纤维的存在的官能团。图5为碳纳米管纤维的C1s的XPS图谱。从该图谱可见该碳纳米管纤维具有少量的碳-氧官能团，包括C-OH、C=O和COOH。与实施例1中的含较多官能团的碳纳米管纤维相比，进一步证明了含氧官能团能起到和溶液浸润且可作为镍的沉积点在其上形核生长。 
实施例3：采用本发明技术，实验过程和条件同实施例1，改变沉积时间为10分钟，制备出镍与碳纳米管复合纤维，称重纤维沉积前后质量，复合纤维的镍质量百分数约为76 %。图7为本发明制得的镍和碳纳米管复合纤维表面的高倍扫描电镜图。扫描电镜观察该复合纤维具有纳米级颗粒形貌的镍与碳纳米管同轴结合的复合结构，镍的最小颗粒的直径为40纳米，最大颗粒的直径为160 纳米。 
实施例4：采用本发明技术，实验过程和条件同实施例1，改变碳纳米管纤维的功能化处理方法为将碳纳米管纤维放入浓硫酸中室温下浸渍10小时，改变沉积温度为60 °C，制备出镍与碳纳米管复合纤维。制备出镍与碳纳米管复合纤维。称重纤维沉积前后质量，复合纤维的镍质量百分数约为99 %。 
实施例5：采用本发明技术，实验过程和条件同实施例1，改变可溶性镍盐溶液为0.08摩尔每升硫酸镍、0.02 摩尔每升氯化镍和0.04 摩尔每升硼酸，改变沉积方式为0.1 V的恒压，其他制备过程同实例1，制备出镍与碳纳米管复合纤维。 
实施例6：采用本发明技术，实验过程和条件同实施例1，改变沉积温度为10 oC，沉积时间1分钟，改成沉积方式为0.1安恒电流，制备出镍与碳纳米管复合纤维。称重纤维沉积前后质量，复合纤维的镍质量百分数约为10 %。 
实施例7：采用本发明技术，实验过程和条件同实施例1，改变可溶性镍盐溶液为1.5 摩尔每升硫酸镍、0.5 摩尔每升氯化镍和0.5 摩尔每升硫酸混合水溶液，改变沉积方式为2安的恒电流，制备出镍与碳纳米管复合纤维。 
以上仅在说明本发明的技术发明，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种镍和碳纳米管的复合纤维材料，其特征在于该复合纤维是镍与功能化的碳纳米管纤维构成的纳米复合纤维，是具有碳纳米管分布于镍基体中或纳米级的镍与碳纳米管同轴结合结构的复合纤维，镍的重量百分比为10~99 %，镍晶粒尺度介于40纳米~300纳米，所述的功能化的碳纳米管纤维为表面有含氧官能团的碳纳米管纤维。
2.根据权利要求1所述的镍和碳纳米管的复合纤维材料，其特征在于所述的碳纳米管纤维中的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或它们的混合物。
3.一种制备权利要求1所述的镍和碳纳米管复合纤维材料的方法，其特征在于包括的步骤：
1）室温～100 °C温度下，将碳纳米管纤维用酸浸渍0.5～5小时，使碳纳米管产生更多的含氧基团，实现功能化处理，得到功能化碳纳米管纤维； 
2）将步骤1）的碳纳米管纤维或者由化学气相沉积法直接生成的碳纳米管纤维浸于可溶性镍盐溶液中，温度10～60 °C，施加电流或电压于碳纳米管纤维1分钟～10小时。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的酸包括硝酸、硫酸。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的施加的电流范围为0.1～2 A，施加的电压范围为0.1～10 V。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的镍盐溶液中镍离子浓度为0.1～2 摩尔每升，加入硼酸、硫酸用于调节溶液pH值。
7.一种镍和碳纳米管复合纤维材料的方法，其特征在于包括的步骤：
1）按照公开号CN101665997A报道的方法制备碳纳米管纤维；
2）将步骤1）所述的碳纳米管纤维放入100 oC的硝酸溶液中处理5小时；
3）将步骤2）处理好的碳纳米管纤维放入预配置的0.1 升每摩尔硫酸镍、0.2 升每摩尔氯化镍和0.5 升每摩尔硼酸混合水溶液，20 °C进行沉积，设定沉积的扫描速率1毫伏每秒，沉积时间20分钟，交变电压3伏作用下，制备出镍与碳纳米管复合纤维材料。
CN201310645142.9A 2013-12-05 2013-12-05 镍和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法 Active CN103696243B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310645142.9A CN103696243B (zh) 2013-12-05 2013-12-05 镍和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310645142.9A CN103696243B (zh) 2013-12-05 2013-12-05 镍和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103696243A true CN103696243A (zh) 2014-04-02
CN103696243B CN103696243B (zh) 2016-05-18

Family

ID=50357896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310645142.9A Active CN103696243B (zh) 2013-12-05 2013-12-05 镍和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103696243B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103882684A (zh) * 2014-04-12 2014-06-25 哈尔滨工业大学 一种界面性能良好的磁性碳纤维的制备方法
CN104726924A (zh) * 2015-03-25 2015-06-24 西南石油大学 一种镍钨多壁碳纳米管复合镀液、镀膜及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101255591A (zh) * 2008-04-03 2008-09-03 厦门大学 一种碳纳米管/纳米镍复合薄膜材料的制备方法
CN101665997A (zh) * 2009-09-25 2010-03-10 天津大学 一种层状碳纳米纤维及其制备方法
CN101723350A (zh) * 2008-10-29 2010-06-09 苏州纳米技术与纳米仿生研究所 碳纳米管纤维的表面改性方法
CN102561007A (zh) * 2011-12-14 2012-07-11 天津大学 金属氧化物与碳纳米管复合纤维及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101255591A (zh) * 2008-04-03 2008-09-03 厦门大学 一种碳纳米管/纳米镍复合薄膜材料的制备方法
CN101723350A (zh) * 2008-10-29 2010-06-09 苏州纳米技术与纳米仿生研究所 碳纳米管纤维的表面改性方法
CN101665997A (zh) * 2009-09-25 2010-03-10 天津大学 一种层状碳纳米纤维及其制备方法
CN102561007A (zh) * 2011-12-14 2012-07-11 天津大学 金属氧化物与碳纳米管复合纤维及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103882684A (zh) * 2014-04-12 2014-06-25 哈尔滨工业大学 一种界面性能良好的磁性碳纤维的制备方法
CN104726924A (zh) * 2015-03-25 2015-06-24 西南石油大学 一种镍钨多壁碳纳米管复合镀液、镀膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103696243B (zh) 2016-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lan et al. A stretchable and conductive fiber for multifunctional sensing and energy harvesting
JP6217395B2 (ja) カーボンナノチューブ含有組成物の分散液および導電性成形体
CN103276379B (zh) 一种通过多巴胺制备表面镀银电纺纤维的方法
Luo et al. Polypyrrole-coated carbon nanotube/cotton hybrid fabric with high areal capacitance for flexible quasi-solid-state supercapacitors
Idumah et al. On interfacial and surface behavior of polymeric MXenes nanoarchitectures and applications
Chen et al. Fabrication and characterization of magnetic cobalt ferrite/polyacrylonitrile and cobalt ferrite/carbon nanofibers by electrospinning
CN101976594A (zh) 一种碳纳米管纤维的复合导线应用及其制备方法
Chen et al. Facile fabrication of hierarchically structured PBO-Ni (OH) 2/NiOOH fibers for enhancing interfacial strength in PBO fiber/epoxy resin composites
JP2015507100A (ja) 改善された導電率を有する複合材料のための炭素繊維
Huang et al. A facile one-step approach for the fabrication of polypyrrole nanowire/carbon fiber hybrid electrodes for flexible high performance solid-state supercapacitors
Zhou et al. A facile approach for fabricating silica dioxide/reduced graphene oxide coated cotton fabrics with multifunctional properties
CN103774413A (zh) 铝和碳纳米管复合纤维材料及其制备方法
Wang et al. Layered nanofiber yarn for high-performance flexible all-solid supercapacitor electrodes
KR20150139367A (ko) 탄소나노소재와 금속나노소재가 복합화된 고전도성 고분자복합체 전도성 섬유 및 그 제조방법
CN103726305B (zh) 铜和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法
CN103696243B (zh) 镍和碳纳米管的复合纤维材料及其制备方法
Xu et al. Batch preparation of CuO/ZnO-loaded nanofiber membranes for photocatalytic degradation of organic dyes
Li et al. CuS/polyaniline nanoarray electrodes for application in high-performance flexible supercapacitors
Isacfranklin et al. Role of Different Catalysts on a Direct Growth Carbon Nanotube for Supercapacitor Electrodes
Ali et al. Surface Modification Of Polyanniline Nanofiber Using Silver nanoparticles To Enhance Sensing Properties
Li et al. Flexible and strain conductive cotton yarn enabled by low-temperature sintering of silver paste with multifunctional sensing capability in human motion detection and wearable applications
CN108565132A (zh) 一种具有金属氧化物纳米结构的纤维材料及其制备方法
Shafiei et al. Morphology of electrospun poly (ethylene oxide) ultra-fine fibres with incorporated MoO3 nanoparticles
Martis et al. Impact of surface functionalization of MWCNTs on electrogenerated Ni/MWCNT composites from aqueous solutions
Chen et al. One-step electrodeposition to fabricate robust superhydrophobic silver/graphene coatings with excellent stability

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant