碳纳米管改性纤维材料及其制备方法和应用与流

本发明属于磁吸收器及相变碳纳米管材料，具体涉及一种碳纳米管改性纤维材料及其制备方法和应用。背景技术：1、碳纳米管是一种优秀的碳纳米材料，由sp2杂化的碳原子为主，混合有sp3杂化碳所构成的一维管状结构，单壁碳纳米管是理想的分子纤维。碳纳米管可以看成是片状石墨烯卷成的圆筒，因此其具备石墨优良的本征特性，如耐热、耐腐蚀、那热冲击、传热导电性好、高温强度高、有自润滑性和生物相容性等一系列综合性能。碳纳米管的热导率可达3500w/(m.k)，几乎是铜的10倍，同时电导率高达105s/cm，是碳纤维的1000倍。而且由于碳纳米管的基本网格由sp2杂化形成的c＝c共价键组成，它是目前一致的强度最大、刚度最高的材料之一。此外，碳纳米管的管壁与石墨基面类似，呈化学惰性，在大气中低于750℃都能稳定存在，而微电子器件中的金属导线在600～1000℃就会被熔化。基于碳纳米管的种种优秀特性，它在诸多领域收到广泛关注。2、在复合材料领域，碳纳米管被用作增强体和功能成分，提高材料力学性能，并赋予材料导电性、电磁屏蔽以及光电转换等性能。但是由于其比表面积大以及表面活性高的特性，不可避免地具备碳纳米材料易团聚的问题。碳纳米材料与纤维结合制备复合材料是近年来十分热门的方向，将碳纳米管直接生长在同样作为增强体的纤维表面，可以在很大程度上解决碳纳米管团聚的问题。然而，目前纤维表面生长碳纳米管技术多来源于基板法和流动法制备碳纳米管，存在三个主要问题，一是纤维强度破坏；二是碳纳米管与纤维结合强度较低；三是碳纳米管的生长效率较低，负载量低。技术实现思路1、有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种碳纳米管改性纤维材料及其制备方法和应用，所要解决的技术问题是通过催化剂配位溶液增加催化剂的负载均匀性，同时将催化剂还原阶段与生长阶段部分重叠，缩短生长时间，进而增加碳纳米管对纤维的负载率和结合强度以及纤维结构的完整度。2、本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出的一种碳纳米管改性纤维材料的制备方法，包括以下步骤：3、s1将纤维材料进行裁剪及热处理；4、s2将催化剂配位溶液浸渍或喷涂在步骤s1得到的纤维材料表面并干燥；5、s3将步骤s2得到的负载催化剂的纤维在600～900℃下的h2和碳源气体氛围内生长碳纳米管，得到所述碳纳米管改性纤维材料。6、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s1中，所述热处理具体包括：将纤维材料在700～800℃下进行脱粘处理30～50min。7、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s1中，在热处理后还包括氧化处理；所述氧化处理包括：将热处理后的纤维材料在氧化溶液中浸渍1min～12h。8、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s1中，所述氧化处理温度为50～90℃。9、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s1中，所述氧化溶液选自盐酸、硝酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾和过氧化氢中的至少两种。10、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s2中，所述催化剂配位溶液包括过渡金属盐和相应的配位剂，并调节至8～12。11、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s2中，所述过渡金属盐选自硫酸镍、硫酸铁、氯化镍、氯化铁、硝酸铁和硝酸钴中至少一种。12、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s2中，所述配位剂选自乙二胺、三氯乙胺、乙二酮、乙酸、乙醇胺、氯化铵、氯化铜和硫酸中的至少两种。13、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s2中，所述配位溶液中过渡金属盐的浓度为0.001～10mol/l。14、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s2中，所述配位溶液为硫酸镍和氯化铵的混合溶液，且所述硫酸镍和氯化铵的摩尔比为1：20～20：1。15、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s2中，所述ph值调节采用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、硫酸、盐酸和硝酸中的至少一种作为ph调节剂。16、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s2中，所述浸渍或喷涂的时间为1min～6h；所述浸渍或喷涂的流量为10～1000ml/min。17、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s2中，所述干燥温度为60～140℃。18、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s3中，还包括在500～1000℃的温度下通入还原性气体，保温1～30min，之后通入碳源气体，使两者同时存在，让还原阶段和生长阶段部分重叠。19、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法中，其中步骤s3中，所述还原性气体与碳源气体的流量比为10：300～300：10。20、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。本发明提出的一种碳纳米管改性纤维材料，包括纤维基底，所述纤维基底的表面负载有催化剂颗粒载体，所述催化剂颗粒载体上分布有碳纳米管。21、优选地，前述的碳纳米管改性纤维材料中，其中所述碳纳米管改性纤维材料通过上述的方法制得。22、本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。本发明提出的一种复合材料，其包括碳纳米管改性纤维材料，所述碳纳米管改性纤维材料包括纤维基底，所述纤维基底的表面负载有催化剂颗粒载体，所述催化剂颗粒载体上分布有碳纳米管。23、优选地，前述的复合材料中，其中所述复合材料为编织材料、电磁屏蔽材料或纤维增强聚合物基复合材料。24、优选地，前述的复合材料中，其中所述纤维增强聚合物基复合材料包括聚合物基体，所述聚合物基体上连接有上述的碳纳米管改性纤维材料。25、借由上述技术方案，本发明提供的碳纳米管改性纤维材料及其制备方法和应用，至少具有下列优点：26、1、本发明提供一种催化剂配位溶液的制备方法，可以直接用于纤维表面催化剂的负载。该方法可以保证催化剂在包括碳纤维、石英纤维、高硅氧纤维等纤维上的有效负载，提高碳纳米管的生长效率；27、2、本发明通过将催化剂的还原阶段与碳纳米管的生长阶段部分重叠，缩短催化剂与纤维的直接接触时间，减少对纤维力学性能的损害；28、3、本发明通过催化剂溶液设计与化学气相沉积流程的调控，实现短时间内获得足以包覆纤维表面的碳纳米管，可以有效提高产量，同时进一步缩短催化剂与纤维的接触时间。29、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。技术特征：1.一种碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：2.如权利要求1所述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述热处理具体包括：将纤维材料在700～800℃下进行脱粘处理30～50min。3.如权利要求1所述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，在热处理后还包括氧化处理；所述氧化处理包括：将热处理后的纤维材料在氧化溶液中浸渍1min～12h。4.如权利要求3所述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述氧化处理温度为50～90℃；所述氧化溶液选自盐酸、硝酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钾和过氧化氢中的至少两种。5.如权利要求1所述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述催化剂配位溶液包括过渡金属盐和相应的配位剂，并调节至8～12。6.如权利要求5所述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述过渡金属盐选自硫酸镍、硫酸铁、氯化镍、氯化铁、硝酸铁和硝酸钴中至少一种；所述配位剂选自乙二胺、三氯乙胺、乙二酮、乙酸、乙醇胺、氯化铵、氯化铜和硫酸中的至少两种。7.如权利要求5所述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述配位溶液中过渡金属盐的浓度为0.001～10mol/l。8.如权利要求5所述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述配位溶液为硫酸镍和氯化铵的混合溶液，且所述硫酸镍和氯化铵的摩尔比为1：20～20：1；所述ph值调节采用氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、硫酸、盐酸和硝酸中的至少一种作为ph调节剂。9.如权利要求1所述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述浸渍或喷涂的时间为1min～6h；所述浸渍或喷涂的流量为10～1000ml/min；步骤s2中，所述干燥温度为60～140℃。10.如权利要求1所述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，还包括在500～1000℃的温度下通入还原性气体，保温1～30min，之后通入碳源气体，使两者同时存在，让还原阶段和生长阶段部分重叠。11.如权利要求1所述的碳纳米管改性纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述还原性气体与碳源气体的流量比为10：300～300：10。12.一种碳纳米管改性纤维材料，其特征在于，包括纤维基底，所述纤维基底的表面负载有催化剂颗粒载体，所述催化剂颗粒载体上分布有碳纳米管；所述碳纳米管改性纤维材料通过权利要求1-11任一项所述的方法制得。13.一种复合材料，其特征在于，其包括碳纳米管改性纤维材料，所述碳纳米管改性纤维材料包括纤维基底，所述纤维基底的表面负载有催化剂颗粒载体，所述催化剂颗粒载体上分布有碳纳米管；所述复合材料为编织材料、电磁屏蔽材料或纤维增强聚合物基复合材料。技术总结本发明涉及一种碳纳米管改性纤维材料及其制备方法和应用。所述方法包括以下步骤：将纤维材料进行裁剪及热处理；将催化剂配位溶液浸渍或喷涂在得到的纤维材料表面并干燥；将得到的负载催化剂的纤维在600～900℃下的H