CN112787541B - 一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112787541B
CN112787541B CN202110042352.3A CN202110042352A CN112787541B CN 112787541 B CN112787541 B CN 112787541B CN 202110042352 A CN202110042352 A CN 202110042352A CN 112787541 B CN112787541 B CN 112787541B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nanotube
walled carbon
film
sponge
self
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.)
Active
Application number
CN202110042352.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112787541A (zh
Inventor
上媛媛
常书龙
张丁
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.)
Zhengzhou University
Original Assignee
Zhengzhou 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 Zhengzhou University filed Critical Zhengzhou University
Priority to CN202110042352.3A priority Critical patent/CN112787541B/zh
Publication of CN112787541A publication Critical patent/CN112787541A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112787541B publication Critical patent/CN112787541B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/22Methods relating to manufacturing, e.g. assembling, calibration
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158Carbon nanotubes
    • C01B32/16Preparation
    • C01B32/162Preparation characterised by catalysts
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提出了一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用,以单壁碳纳米管作为自支撑骨架,在其上面包覆上具有宏观厚度的碳纳米管海绵,有自支撑结构的多壁碳纳米管海绵解决了在基底上生长的碳纳米管海绵剥离困难以及剥离过程中结构被破坏的问题。另外,中间的单壁碳纳米管薄膜可以起到隔离作用,对单壁碳纳米管薄膜两侧的多壁碳纳米管海绵通过填充不同热膨胀系数的高分子聚合物,可制备双层膜制动器,解决了传统双层膜制动器界面结合弱的问题。

Description

一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域,特别是指一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用。
背景技术
三维多孔的多壁碳纳米管海绵具有轻量化、柔性、高导电率、高比表面积、力学性能优异等特点,被广泛应用传感器、制动器、能源设备、人工智能等领域。目前,多壁碳纳米管海绵往往通过化学气相沉积方法沉积在耐高温的基底上,如硅片、石英片等。多壁碳纳米管海绵于基底的连接一般较为紧密,给剥离造成困难,另一方面,碳纳米管在剥离的过程中不可避免地被压缩,结构上很难保持。因此,具有自支撑结构的海绵具有初始的结构,孔隙度,可操作性更强,在复合材料和应用上有着更实用的价值。
另一方面,双层膜制动器的两面由于不同的膨胀系数,在受外界刺激(如,水、光、电、热等)时,由于膨胀程度的不同,会发生弯曲,实现致动效果,在人工智能,软机器人,机械手臂等领域有着应用潜力。双层膜制动器由于两层的组分不同,界面问题一直困扰着人们。
发明内容
本发明提出一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用,以单壁碳纳米管作为自支撑骨架,在其上面包覆上具有宏观厚度的碳纳米管海绵,解决了在基底上生长的海绵剥离困难以及剥离过程中结构被破坏的问题。另外,中间的单壁碳纳米管薄膜可以起到隔离作用,对单壁碳纳米管薄膜两侧的碳纳米管海绵通过填充不同热膨胀系数的高分子聚合物,可制备双层膜制动器,解决了传统双层膜制动器界面结合弱的问题。
本发明的技术方案是这样实现的:一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜,包括多壁碳纳米管海绵,多壁碳纳米管海绵内设置有纳米厚度的单壁碳纳米管薄膜,单壁碳纳米管薄膜作为骨架,使多壁碳纳米管海绵实现自支撑。
进一步地,多壁碳纳米管海绵以单壁碳纳米管薄膜为分界线分为上下两层,上下两层的多壁碳纳米管海绵为一体成型结构。
进一步地,单壁碳纳米管薄膜一侧的多壁碳纳米管海绵上滴灌固化有聚合物1,另一侧的多壁碳纳米管海绵上滴灌固化有聚合物2,聚合物1的热膨胀系数大于聚合物2。
进一步地,聚合物1为PDMS,聚合物2为环氧树脂。
一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)采用化学气相沉积制备的自支撑且连续的单壁碳纳米管薄膜,将单壁碳纳米管薄膜悬空平铺在管式炉中;
(2)采用化学气相沉积,在单壁碳纳米管薄膜上生长多壁碳纳米管海绵。
进一步地,在多壁碳纳米管海绵的一侧均匀的滴灌上PDMS溶液,进行加热固化,再在多壁碳纳米管海绵的另一面滴灌上环氧树脂,进行加热固化。
进一步地,步骤(1)中,以二甲苯为碳源,二茂铁为催化剂,在氢气氩气混合气体氛围中,1200℃生长单壁碳纳米管薄膜。
进一步地,步骤(2)中,以二氯苯为碳源,二茂铁为催化剂,在氢气氩气混合气体氛围中,860℃生长多壁碳纳米管海绵。
进一步地,步骤(3)中,单壁碳纳米管薄膜起到隔离作用,使聚合物1和聚合物2沿单壁碳纳米管薄膜的两侧均匀分布。
一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜在双层膜制动器中的应用。
本发明的有益效果:
本发明具有纳米尺度的单壁碳纳米管薄膜提供了骨架,使海绵具有自支撑能力,避免了多壁碳纳米管海绵从基底上剥离造成的结构破坏。多壁碳纳米管海绵以单壁碳纳米管薄膜为分界线分为两层,两层碳纳米管海绵连接紧密,相接处无明显缝隙。单壁碳纳米管具有极好的力学强度和自支撑能力,纳米级别的厚度对海绵整体的多孔结构不会造成影响。多壁碳纳米管海绵的厚度可以通过生长时间控制,多壁碳纳米管海绵在电压下可以快速升温,在去掉电压后,可以快速降温。
本发明合成了具有夹层结构自支撑海绵,中间的纳米尺寸厚度的单壁碳纳米管层将海绵分为上下两层,对聚合物1和聚合物2的界面没有影响。同时,对复合的聚合物1和聚合物2起到隔离作用,可以让不同热膨胀系数聚合物填充到海绵两层,使两种聚合物沿着边缘均匀分布,同时不影响碳纳米管海绵的界面结合,制备碳纳米管基制动器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜的结构示意图;
图2为自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜的扫描电子显微镜照片;
图3为单壁碳纳米管薄膜夹心处放大的扫描电子显微镜照片;
图4为不同电压下,自支撑夹心多壁碳纳米管海绵的偏转角度。
单壁碳纳米管薄膜1,弧形石英管2,管式炉3,多壁碳纳米管海绵4,化学气相沉积5。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示,一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜,包括多壁碳纳米管海绵4,多壁碳纳米管海绵4内设置有纳米厚度的单壁碳纳米管薄膜1,单壁碳纳米管薄膜1的厚度小于50nm,单壁碳纳米管薄膜1作为骨架,使多壁碳纳米管海绵4实现自支撑。单壁碳纳米管薄膜1为纳米尺寸的单壁碳纳米管薄膜,多壁碳纳米管海绵4为多壁碳纳米管海绵。多壁碳纳米管海绵4以单壁碳纳米管薄膜1为分界线分为上下两层,两层的多壁碳纳米管海绵连接紧密,上下两层的多壁碳纳米管海绵为一体成型结构。
所述的自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)采用化学气相沉积制备的自支撑且连续的单壁碳纳米管薄膜,将单壁碳纳米管薄膜悬空平铺在管式炉中;
(2)采用化学气相沉积,在单壁碳纳米管薄膜上生长多壁碳纳米管海绵。
步骤(1)中,以二甲苯为碳源,二茂铁为催化剂,在管式炉中氢气氩气(6:1)混合气体氛围中1200℃在载气的流动的方向上连续生长单壁碳纳米管薄膜,将单壁碳纳米管薄膜悬空平铺在弧形石英槽上。步骤(2)中,将两个弧形石英槽组成管状放入管式炉,以二氯苯为碳源,二茂铁为催化剂,在管式炉中氢气氩气(7:1)混合气体氛围中860℃生长3h,得到自支撑夹心多壁碳纳米管海绵,如图1所示。
自支撑夹心多壁碳纳米管海绵的结构示意图如图1所示,单壁的单壁碳纳米管薄膜作为骨架,多壁碳纳米管海绵包覆在单壁碳纳米管薄膜上。
将实施例1得到的自支撑夹心多壁碳纳米管海绵进行扫面电子显微镜表征,截面图如图2和3所示,多壁碳纳米管海绵(MWNT)的厚度不对称的分布在单壁碳纳米管薄膜(SWNT)两侧,单壁碳纳米管薄膜(SWNT)由于自身更优异的力学性能会从断口处伸出,单壁碳纳米管薄膜夹心处无明显缝隙,双层海绵膜连接紧密。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:单壁碳纳米管薄膜一侧的多壁碳纳米管海绵上滴灌固化有聚合物1,另一侧的多壁碳纳米管海绵上滴灌固化有聚合物2,聚合物1的热膨胀系数大于聚合物2。聚合物1为PDMS,聚合物2为环氧树脂。
制备方法如下:在多壁碳纳米管海绵的一侧滴灌质量分数为20%的PDMS溶液(10gPDMS溶液,1g固化剂,39g正己烷溶液),80℃固化30min;再在多壁碳纳米管海绵的另一侧滴灌质量分数为20%的环氧树脂(10g E-44环氧树脂,4g E-31固化剂,36mL丙酮),120℃固化1h,得到复合薄膜组装成制动器,即双层膜制动器。PDMS(聚二甲基硅氧烷)具有较大的热膨胀系数,相对的,环氧树脂具有较低的热膨胀系数。
将得到的双层膜制动器,测试不同电压下的偏转角度。如图4所示,偏转角度随着电压的增加而增加,在安全电压(<36V)下,偏转角度可以超过90°。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜,其特征在于:包括多壁碳纳米管海绵,多壁碳纳米管海绵内设置有纳米级别厚度的单壁碳纳米管薄膜,单壁碳纳米管薄膜作为骨架,使多壁碳纳米管海绵实现自支撑;
多壁碳纳米管海绵以单壁碳纳米管薄膜为分界线分为上下两层,上下两层的多壁碳纳米管海绵为一体成型结构;
单壁碳纳米管薄膜一侧的多壁碳纳米管海绵上滴灌固化有聚合物1,另一侧的多壁碳纳米管海绵上滴灌固化有聚合物2,聚合物1的热膨胀系数大于聚合物2;
所述的自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜应用于双层膜制动器。
2.根据权利要求1所述的一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜,其特征在于:聚合物1为PDMS,聚合物2为环氧树脂。
3.一种权利要求1或2所述的自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)采用化学气相沉积制备自支撑且连续的单壁碳纳米管薄膜,将单壁碳纳米管薄膜悬空平铺在管式炉中;
(2)采用化学气相沉积,在单壁碳纳米管薄膜上生长多壁碳纳米管海绵。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于:在多壁碳纳米管海绵的一侧均匀的滴灌上PDMS溶液,进行加热固化,再在多壁碳纳米管海绵的另一面滴灌上环氧树脂,进行加热固化。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:单壁碳纳米管薄膜起到隔离作用,使PDMS和环氧树脂沿单壁碳纳米管薄膜的两侧均匀分布。
CN202110042352.3A 2021-01-13 2021-01-13 一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用 Active CN112787541B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110042352.3A CN112787541B (zh) 2021-01-13 2021-01-13 一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110042352.3A CN112787541B (zh) 2021-01-13 2021-01-13 一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112787541A CN112787541A (zh) 2021-05-11
CN112787541B true CN112787541B (zh) 2022-05-06

Family

ID=75755787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110042352.3A Active CN112787541B (zh) 2021-01-13 2021-01-13 一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112787541B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112064339A (zh) * 2020-08-28 2020-12-11 山东非金属材料研究所 一种羟基氧化铁-铜包覆碳纳米管同轴核壳材料及其制备方法和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8980991B2 (en) * 2007-06-08 2015-03-17 Xerox Corporation Intermediate transfer members comprised of hydrophobic carbon nanotubes

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112064339A (zh) * 2020-08-28 2020-12-11 山东非金属材料研究所 一种羟基氧化铁-铜包覆碳纳米管同轴核壳材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"不同层数单壁碳纳米管薄膜柔性应变传感器的性能研究";张亚玲,孙玉平,上媛媛;《人工晶体学报》;20200531;第854-859页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112787541A (zh) 2021-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3349979B1 (en) Composite nanofiber sheet
KR101706130B1 (ko) 부분 환원 그래핀 계층체-연결체, 부분 환원 그래핀 계층체-연결체의 제조방법, 부분 환원 그래핀 계층체-연결체 함유 분말, 부분 환원 그래핀 계층체-연결체 함유 필름, 그래핀 전극 필름, 그래핀 전극 필름의 제조방법, 및 그래핀 커패시터
Rigueur et al. Buckypaper fabrication by liberation of electrophoretically deposited carbon nanotubes
De La Osa et al. Printing of graphene nanoplatelets into highly electrically conductive three-dimensional porous macrostructures
Boccaccini et al. Electrophoretic deposition of carbon nanotubes
Feng et al. Superelastic, highly conductive, superhydrophobic, and powerful electromagnetic shielding hybrid aerogels built from orthogonal graphene and boron nitride nanoribbons
EP1226093B1 (en) Macroscopic ordered assembly of carbon nanotubes
Xiao et al. Ultrafast formation of free-standing 2D carbon nanotube thin films through capillary force driving compression on an air/water interface
JP2012510426A (ja) コーティングされたナノ構造ベースに基づく多機能複合材
Guo et al. Well‐Defined Fullerene Nanowire Arrays
Zhao et al. Ion diffusion-directed assembly approach to ultrafast coating of graphene oxide thick multilayers
TW200917947A (en) Composite for electromagnetic shielding and method for making the same
Ding et al. Graphene—vertically aligned carbon nanotube hybrid on PDMS as stretchable electrodes
TW201136828A (en) Fullerene-doped nanostructures and methods therefor
JP5570686B2 (ja) 微細炭素繊維分散皮膜およびその製造方法
Zhu et al. Direct fabrication of single-walled carbon nanotube macro-films on flexible substrates
Hu et al. Fabrication and characterization of vertically aligned carbon nanotubes on silicon substrates using porous alumina nanotemplates
Correa‐Duarte et al. Nanoengineered Polymeric Thin Films by Sintering CNT‐Coated Polystyrene Spheres
CN112787541B (zh) 一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用
CN112661992B (zh) 一种具有林木分布式结构高导热聚合物复合薄膜制备方法
Tang et al. Silicon carbide coated carbon nanotube porous sponge with super Elasticity, low Density, high thermal Resistivity, and synergistically enhanced electromagnetic interference shielding performances
Zhu et al. Assembly and applications of carbon nanotube thin films
US11837403B2 (en) Supercapacitors and other electrodes and methods for making and using same
Khan et al. MWCNTs based flexible and stretchable strain sensors
Zhang et al. High weight-specific power density of thin-film amorphous silicon solar cells on graphene papers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant