本發(fā)明屬于納米技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

碳納米管具有一維納米結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能，作為一類高性能納米材料被廣泛研究。將碳納米管制成宏觀結(jié)構(gòu)，如纖維、薄膜等，是拓展其應(yīng)用的一個(gè)重要手段。

碳納米管纖維擁有低密度、高比模量、高比強(qiáng)度、高導(dǎo)電性等，在高性能復(fù)合材料、催化劑載體、電極材料等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。超細(xì)金剛石具有高硬度、高導(dǎo)熱率、高表面活性等優(yōu)異的物理化學(xué)性能。碳納米管纖維復(fù)合超細(xì)金剛石作為一種高性能的復(fù)合材料，力學(xué)和電學(xué)性能都得到明顯增強(qiáng)，在制備超細(xì)磨料工具、電極材料等領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為：

1)采用可紡碳納米管陣列，通過陣列拉膜得到碳納米管薄膜，膜層寬度為5～200mm，拉膜的同時(shí)在所述薄膜表面噴灑超細(xì)金剛石懸浮液，超細(xì)金剛石懸浮液的濃度為0.05～5wt％，超細(xì)金剛石的粒徑為5nm～1μm；

2)對(duì)噴灑超細(xì)金剛石懸浮液后的碳納米管薄膜進(jìn)行加捻，得到超細(xì)金剛石-碳納米管纖維；

3)將超細(xì)金剛石-碳納米管纖維于600℃～1000℃下真空熱處理0.5～2h，得到超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述碳納米管薄膜的膜層寬度為50～100mm。

優(yōu)選的，所述超細(xì)金剛石懸浮液的濃度為0.1～1wt％

優(yōu)選的，所述超細(xì)金剛石的粒徑為10～100nm。

優(yōu)選的，步驟2)中，所述加捻的電機(jī)轉(zhuǎn)速為60～300r/min。

優(yōu)選的，所述超細(xì)金剛石-碳納米管纖維的線徑為1～100μm。

優(yōu)選的，所述超細(xì)金剛石-碳納米管纖維是于800℃～900℃下真空熱處理1～1.5h。

本發(fā)明還提供了上述方法制備的超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合材料在超細(xì)磨料工具領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明還提供了上述方法制備的超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合材料在超級(jí)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.可通過選用不同規(guī)格的可紡碳納米管陣列，拉膜得到不同寬度的碳納米管薄膜，進(jìn)而加捻得到不同直徑大小的碳納米管纖維。多根超細(xì)金剛石-碳納米管纖維繼續(xù)加捻可得到繩索狀碳納米管纖維，編織可得到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳納米管纖維。超細(xì)金剛石-碳納米管纖維熱處理后，得到的復(fù)合材料中碳納米管與超細(xì)金剛石是以碳碳鍵鍵合，性能穩(wěn)定。

2.碳納米管纖維復(fù)合超細(xì)金剛石作為一種高性能的復(fù)合材料，力學(xué)和電學(xué)性能都得到明顯增強(qiáng)，可拓展其在超細(xì)磨料工具、電極材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，條件溫和，可控性強(qiáng)，適于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明；但本發(fā)明的一種超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合材料的制備方法不局限于實(shí)施例。

附圖說明

圖1是本發(fā)明陣列拉膜加捻制備超細(xì)金剛石-碳納米管纖維的示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制得的超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合材料的掃描電鏡照片；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制得的超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合材料的電極循環(huán)伏安圖，其中由外到內(nèi)依次為掃描速率為5000mv/s、2000mv/s、1000mv/s、500mv/s、200mv/s、100mv/s、50mv/s、20mv/s、10mv/s的循環(huán)伏安曲線。

具體實(shí)施方式

參考圖1，本發(fā)明用于制備超細(xì)金剛石-碳納米管纖維的裝置，包括噴灑裝置1、加捻裝置2、收集滾筒3以及樣品臺(tái)4，超細(xì)金剛石懸浮液裝設(shè)于噴灑裝置1內(nèi)。超細(xì)金剛石懸浮液的濃度范圍為0.05～5wt％，超細(xì)金剛石的粒徑為5nm～1μm。在制備時(shí)，將可紡碳納米管陣列固定于樣品臺(tái)4上，從中拉出碳納米管薄膜5至加捻裝置2，膜層寬度為5～200mm，在拉膜過程中通過噴灑裝置1向碳納米管薄膜噴灑超細(xì)金剛石懸浮液。加捻裝置2是將原料絲相互纏繞成線的設(shè)備，碳納米管薄膜通過加捻裝置2加捻得到超細(xì)金剛石-碳納米管纖維6，并通過收集滾筒3收集成卷，加捻的電機(jī)轉(zhuǎn)速為60～300r/min，形成的超細(xì)金剛石-碳納米管纖維的線徑為1～100μm。此外，多根超細(xì)金剛石-碳納米管纖維可以繼續(xù)加捻得到繩索狀纖維，也可以編織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維，再進(jìn)一步于管式爐的石英管中于600℃～1000℃下真空熱處理0.5～2h。該復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能，可拓展其在超細(xì)磨料工具以及電極材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。

實(shí)施例1

采用陣列寬度為20mm的可紡碳納米管陣列，通過陣列拉膜得到碳納米管薄膜，拉膜的同時(shí)在薄膜表面噴灑粒度為250nm、濃度為0.1wt％的超細(xì)金剛石懸浮液，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為60r/min下對(duì)其進(jìn)行加捻，可得到直徑為20μm的超細(xì)金剛石-碳納米管纖維。將超細(xì)金剛石-碳納米管纖維在800℃真空熱處理1h，得到超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合材料，其掃描電鏡照片如圖2所示。將其作為電極材料，其電化學(xué)曲線如圖3所示。

實(shí)施例2

采用陣列寬度為10mm的可紡碳納米管陣列，通過陣列拉膜得到碳納米管薄膜，拉膜的同時(shí)在薄膜表面噴灑粒度為1μm、濃度為0.2wt％的超細(xì)金剛石懸浮液，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為60r/min下對(duì)其進(jìn)行加捻，可得到直徑為10μm的超細(xì)金剛石-碳納米管纖維。將5根超細(xì)金剛石-碳納米管纖維繼續(xù)加捻可得到直徑約為45μm的繩索狀纖維，在800℃真空熱處理1h，得到超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合線鋸絲。

實(shí)施例3

采用陣列寬度為50mm的可紡碳納米管陣列，通過陣列拉膜得到碳納米管薄膜，拉膜的同時(shí)在薄膜表面噴灑粒度為100nm、濃度為0.1wt％的超細(xì)金剛石懸浮液，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為120r/min下對(duì)其進(jìn)行加捻，可得到直徑為45μm的超細(xì)金剛石-碳納米管纖維。將其經(jīng)緯編織成10cm*10cm的網(wǎng)，在900℃真空加熱1.5h，制成復(fù)合電極，用于納米碳材料超級(jí)電容器。

上述實(shí)施例僅用來進(jìn)一步說明本發(fā)明的一種超細(xì)金剛石-碳納米管纖維復(fù)合材料的制備方法，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。