CN104711568A - 一种在金属丝上包裹碳纳米材料的制备方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在金属丝上包裹碳纳米材料的制备方法及其装置，该方法是把金属丝整齐排列好并捆绑在一起形成毛细管，然后浸渍到含碳纳米材料的悬浮液中，取出后再通过蒸发干燥，并可重复这一操作，再将捆绑到一起的金属丝分开即可得到碳纳米材料包裹的金属丝。把整齐排列好并捆绑在一起的已经被碳纳米管包裹的金属丝再浸渍到石墨烯悬浮液中，然后将捆绑到一起的金属丝分开即可得到碳纳米管、石墨烯依次包裹的金属丝。把金属丝整齐排列好并捆绑在一起浸渍到碳纳米管和石墨烯混合悬浮液中，再通过蒸发干燥，并可重复多次，再将捆绑到一起的金属丝分开即可得到碳纳米管和石墨烯复合包裹的金属丝。该方法及其简单易于工业化生产，在电磁屏蔽、导电电缆、柔性电子器件、智能纺织品、太阳能器件、储能电池、线型超级电容器等领域具有极其广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及金属丝涂覆技术，特别涉及到一种在金属丝上包裹碳纳材料的制备方法及其装置。
背景技术
碳纳米管和石墨烯以其独特的晶体结构，使其具有载流子迁移率高、比表面积大、金属或半导体性、量子霍尔效应、机械强度和弹性高等性能，这些优异的性能使得其在各种领域有着广泛的应用，如场发射领域、传感器领域、电化学领域、燃料电池的催化剂。虽然碳纳米管和石墨烯的纳米结构性能突出，但作为涂层时仍面临者难加工、加工成本高和性能难保持等突出问题。尤其对金属丝进行包裹时，传统的喷涂工艺造成了大量的原材料损失，且生产效率低。为此，已有多个研究单位展开了在金属丝上包裹碳纳米管和石墨烯方面的研究。例如：2012年中国科学院上海硅酸盐研究所是以金属线或金属丝作为催化剂模板通过化学气相沉积法使碳源在所述金属线的外表面直接生成石墨烯覆层而形成的石墨烯/金属线或金属丝复合结构(公开号：CN102560415A)。这种方法需要在700℃以上高温下进行，石墨烯的催化生长对金属线的种类有要求，石墨烯层的厚度受生长机制影响也无法进行宽范围的调控。2012年济南大学研发出在金属丝载体上制备层层自组装石墨烯涂层固相微萃取纤维的方法，金属丝作为载体，对其表面进行化学镀银，再采用层层自组装的方法，以金纳米颗粒作为连接臂，将巯基功能化石墨烯逐层自组装到镀银金属丝上(公开号：CN102553553A)。这种方法需要用其它纳米粒子或有机分子进行连接，步骤复杂；且石墨烯层之间被隔开，弱化了层间作用力。清华大学研究组利用电化学沉积在金属线上沉积了石墨烯用于超级电容器电极(Chemical Communications,2013,49,291)。电化学沉积能耗大，所沉积的石墨烯非层状堆叠排列，粘附力差。此外，在制备碳纳米管和石墨烯纤维的同时，利用捻合方法可以把碳纳米管和石墨烯包裹在金属丝上(Nature communications,2014,4:1970；ACS Nano,2014,8,4571)。但这种方法制备工艺复杂，难以实现大长度和批量生产。而本发明能够很好地解决上面的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在金属丝上包裹碳纳米材料的新方法，该方法依据毛细原理，外加蒸发干燥，所制备的碳纳米材料包裹的金属丝在电磁屏蔽、导电电缆、柔性电子器件、智能纺织品、太阳能器件、储能电池、线型超级电容器等领域有着广泛的应用前景。
本发明是通过下述技术方案实现的：把金属丝表面清洗干净；把单根金属丝绕在轴线上或者把2根及以上金属丝整齐排列好并捆绑在一起；把整齐排列或绕好的金属丝浸渍到含有碳纳米材料的混合物悬浮液中；通过蒸发干燥；重复上述操作；将捆绑在一起的金属丝分开或解开轴线上的金属丝即可得到得到碳纳米材料包裹的金属丝。
所用的金属丝为常温固态单质金属丝或合金金属丝，用于制备碳纳米材料包裹的金属丝包含金丝、银丝、铜丝、铁丝、镍丝、钴丝、铝丝、锌丝、镁丝、钛丝、铋丝、铬丝、锰丝、钽丝、钨丝、钼丝、铂丝、铑丝、钌丝、钯丝、铼丝或铱丝或它们的合金丝。
用于制备金属丝的碳纳米材料包括单壁碳纳米管、少壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯或石墨纳米片或它们的混合物。
所用的悬浮液包括碳纳米材料，溶剂，分散剂和粘结剂。其中，溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、甲醚、乙醚、甲乙醚、丙酮、丁酮、甲乙酮、氯仿、四氯化碳、笨、甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸、甲酸甲酯及其混合物；分散剂包括：十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、span 80、Triton X-100；粘结剂剂包括：纤维素，壳聚糖、Nafion，环氧树脂，酚醛树脂，聚氨基酸甲酯。
将金属丝先后浸渍到含不同碳纳米材料悬浮液中，通过浸渍、干燥后再金属丝分开即可得到不同碳纳米材料包裹的金属丝。
本发明还提供了一种在金属丝上包裹碳纳米材料的装置，该装置包括：不锈钢金属棒(1)，不锈钢圆盘(2)，载物平台(3)，腔体(4)，电机(5)，导线(6)，轴(10)，包括速度显示屏(8)和速度控制按钮(9)的速度控制系统(7)；不锈钢棒(1)垂直固定在不锈钢圆盘(2)上，不锈钢圆盘(2)的轴(10)与电机(5)连接，速度控制系统(7)通过导线(6)与电机(5)相连，不锈钢圆盘(2)的轴(10)垂直于腔体(4)并可沿腔体(4)轴向移动，载物平台(3)与腔体(4)垂直，含碳纳米材料的悬浮液放置在载物平台(3)上。
有益效果：
1、本发明提供的制备金属丝的方法利用毛细原理，可在常温下进行，与化学沉积等方法相比，简单、快捷、安全并易于生产。
2、所发明的碳纳米材料包裹的金属丝导电性能极好，并有较好的机械性能和耐腐性能，在电磁屏蔽、导电电缆、柔性电子器件、智能纺织品、太阳能器件、储能电池、线型超级电容器等领域有着广泛的应用前景。
3、本发明在金属丝上组装碳纳米材料利用毛细原理外加蒸发干燥，在常温下即可进行，安全且组装时间极短，操作起来方便快捷，成本低廉，利于大规模生产。与层层自组装石墨烯涂层固相微萃取纤维的方法相比更是简单快捷的多，且无杂质影响。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
标识说明：1-不锈钢金属棒；2-不锈钢圆盘；3-载物平台；4-腔体；5-电机；6-导线；7-速度控制系统；8-速度显示屏；9-速度控制按钮；10-轴。
图2为原始Ni丝的扫描电子显微镜图。
图3为组装氧化石墨烯Ni丝扫描电子显微镜图。
具体实施方式
本发明涉及到一种在金属丝上包裹碳纳米材料的制备方法，本发明实施例中的碳纳米材料以碳纳米管和石墨烯为例。把金属丝表面清洗干净，整齐排列好并捆绑在一起，超长的金属丝，可以通过线圈方式进行捆绑，缠绕在实验装置的不锈钢金属棒上，然后浸渍到碳纳米管悬浮液中，调节转速使其在碳纳米管悬浮液中匀速转动，蒸发干燥后，并可重复多次，再将整齐排列好并捆绑在一起的金属丝分开即可得到碳纳米管包裹的金属丝。或把捆绑在一起的碳纳米管包裹的金属丝缠绕在实验装置的不锈钢金属棒上，浸渍到石墨烯悬浮液中，调节转速使其在石墨烯悬浮液中匀速转动，再通过蒸发干燥，并可重复多次，再将整齐排列好并捆绑在一起的金属丝分开即可得到碳纳米管和石墨烯依次包裹的金属丝。或将金属丝表面清洗干净，整齐排列好并捆绑在一起并缠绕在实验装置的不锈钢金属棒上，然后浸渍到碳纳米管和石墨烯混合物悬浮液中，调节转速使其在碳纳米管和石墨烯混合物悬浮液中匀速转动再通过蒸发干燥，并可重复多次，再将整齐排列好并捆绑在一起的金属丝分开即可得到得到碳纳米管和石墨烯混合物包裹的金属丝。所用的金属丝包括但不限于金丝、银丝、铜丝、铁丝、镍丝、钴丝、铝丝、锌丝、镁丝、钛丝、铋丝、铬丝、锰丝、钽丝、钨丝、钼丝、铂丝、铑丝、钌丝、钯丝、铼丝或铱丝或它们的合金金属丝；所用的碳纳米材料包括但不限于：单壁碳纳米管、少壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯、石墨纳米片及其混合物。
制备方法如下：
(1)选取等长度的N(N>1,且为整数)段金丝、银丝、铜丝、铁丝、镍丝、钴丝、铝丝、锌丝、镁丝、钛丝、铋丝、铬丝、锰丝、钽丝、钨丝、钼丝、铂丝、铑丝、钌丝、钯丝、铼丝或铱丝或它们的合金丝钛、铋、铬、锰、钽、钨、钼、铂、铑、钌、钯、铼、铱及其合金金属丝。
(2)将选取的金属丝清洗干净并整齐的捆绑到一起，然后浸渍到碳纳米管悬浮液中，取出后在晾干或烘干，并可重复多次，制备碳纳米管包裹的金属丝。
(3)碳纳米管悬浮液包括碳纳米管，溶剂，分散剂和粘结剂。
(4)金属丝包括但不限于金丝、银丝、铜丝、铁丝、镍丝、钴丝、铝丝、锌丝、镁丝、钛丝、铋丝、铬丝、锰丝、钽丝、钨丝、钼丝、铂丝、铑丝、钌丝、钯丝、铼丝或铱丝或它们的合金丝、钛、铋、铬、锰、钽、钨、钼、铂、铑、钌、钯、铼、铱及其合金金属丝。
(5)溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、甲醚、乙醚、甲乙醚、丙酮、丁酮、甲乙酮、氯仿、四氯化碳、笨、甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸、甲酸甲酯及其混合物。
(6)分散剂包括十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、span 80、Triton X-100。
(7)粘结剂包括纤维素，壳聚糖、Nafion，环氧树脂，酚醛树脂，聚氨基酸甲酯。
(8)将整齐排列并捆绑在一起的碳纳米管包裹的金属丝浸入到石墨烯悬浮液中，取出后在晾干或烘干，并可重复多次，制备出碳纳米管、石墨烯依次包裹的金属丝。
(9)碳纳米管或石墨烯悬浮液包括碳纳米管或石墨烯，溶剂(同步骤5)，分散剂(同步骤6)和粘结剂(同步骤7)。
(10)将步骤2制备的金属纳米丝包裹的金属丝按照步骤8进行操作，得到碳纳米管、石墨烯依次包裹的金属丝。
(11)将整齐排列并捆绑好的金属丝浸入到碳纳米管和石墨烯混合悬浮液中，取出后在晾干或烘干，并可重复多次，制备碳纳米管和石墨烯混合包裹的导电金属丝。
碳纳米材料包括但不限于，单壁碳纳米管、少壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯、石墨纳米片及其混合物，上述制备方法以及下面实施例中的碳纳米材料采用碳纳米管和石墨烯。
实施例1
(1)选取N(N>2,且为整数)段等长度的铜金属丝，清洗干净，将选取的金属丝整齐排列好并捆绑在一起，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克单壁碳纳米管加入到体积比为0.1-10的水和异丙醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克十二烷基硫酸钠和0.0001-0.001克纤维素，制成单壁碳纳米管悬浮液。
(3)将缠绕好的铜金属丝浸入到单壁碳纳米管悬浮液，调节转速使其在单壁碳纳米管悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，再将整齐排列好并捆绑在一起的金属丝分开，制备出高导电的单壁碳纳米管包裹的铜金属丝。
实施例2
(1)选取一段实施例1中捆绑好的单壁碳纳米管包裹的铜金属丝，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克石墨烯加入到体积比为0.1-10的水和异丙醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克十二烷基硫酸钠和0.0001-0.001克纤维素，制成石墨烯悬浮液。
(3)将缠绕好的单壁碳纳米管包裹的铜金属丝置于石墨烯悬浮液中，调节转速使其在石墨烯悬浮液中匀速转动后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，再将整齐排列好并捆绑在一起的金属丝分开，制备出单壁碳纳米管、石墨烯依次包裹的铜金属丝。
实施例3
(1)选取N(N>2,且为整数)段等长度的镍金属丝清洗干净，将金属丝整齐排列好并捆绑在一起，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克单壁碳纳米管加入到四氢呋喃悬浮液中，再加入0.001-0.1克聚乙烯醇和0.0001-0.001克环氧树脂，制成单壁碳纳米管悬浮液。
(3)将缠绕好的镍金属丝浸入到单壁碳纳米管悬浮液中，调节转速使其在单壁碳纳米管悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，再将整齐排列好并捆绑在一起的镍金属丝分开，制备出单壁碳纳米管包裹的高导电的镍金属丝。
实施例4
(1)选取一段实施例3中捆绑在一起的单壁碳纳米管包裹的镍金属丝，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克石墨烯加入到体积比为0.1-10的水和异丙醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克十二烷基硫酸钠和0.0001-0.001克壳聚糖，制成石墨烯悬浮液。
(3)将缠绕好的单壁碳纳米管包裹的镍金属丝置于石墨烯悬浮液中，调节转速使其在石墨烯悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，再将该捆绑好的镍金属丝分开，制备碳纳米管、石墨烯依次包裹的镍金属丝。
实施例5
(1)选取N(N>2,且为整数)段等长度的金金属丝，清洗干净，将选取的金属丝整齐排列好并捆绑在一起，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克单壁碳纳米管加入到体积比为0.1-10的水和异丙醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克十二烷基硫酸钠和0.0001-0.001克Nafion，制成单壁碳纳米管悬浮液。
(3)将缠绕好的金金属丝浸入到单壁碳纳米管悬浮液中，调节转速使其在单壁碳纳米管悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，并将捆绑在一起的金属丝分开，制备出高导电的单壁碳纳米管包裹的金金属丝。
实施例6
(1)选取一段实施例5中整齐捆绑在一起的单壁碳纳米管包裹的金金属丝，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克石墨烯加入到体积比为0.1-10的水和异丙醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克十二烷基硫酸钠和0.0001-0.001克环氧树脂，制成石墨烯悬浮液。
(3)将缠绕好的单壁碳纳米管包裹的金金属丝置于石墨烯悬浮液中，调节转速使其在石墨烯悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，将捆绑在一起的金金属丝分开，制备单壁碳纳米管、石墨烯依次包裹的金金属丝。
实施例7
(1)选取N(N>2,且为整数)段等长度的银金属丝，清洗干净，并将选取的金属丝整齐排列好并捆绑在一起，缠绕在实验装置的相应位置。
(2)将0.02-0.5克双壁碳纳米管加入到体积比为0.1-10的水和乙醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克十六烷基三甲基溴化铵和0.0001-0.001克酚醛树脂，制成双壁碳纳米管悬浮液。(3)将缠绕好的银金属丝浸入到双壁碳纳米管悬浮液中，调节转速使其在双壁碳纳米管悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，并将捆绑在一起的金属丝分开，制备出高导电的双壁碳纳米管包裹的银金属丝。
实施例8
(1)选取一段实施例7中整齐排列并捆绑在一起的双壁碳纳米管包裹的银金属丝，缠绕在实验装置的相应位置。
(2)将0.02-0.5克石墨烯纳米片加入到体积比为0.1-10的水和乙二醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克聚乙烯醇和0.0001-0.001克聚氨基酸甲酯，制成石墨烯纳米片悬浮液。
(3)将缠绕好的双壁碳纳米管包裹的银金属丝置于石墨烯纳米片悬浮液中，控制转速使其在石墨烯纳米片悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，再将该捆绑在一起的金属丝分开，制备双壁碳纳米管、石墨烯纳米片依次包裹的银金属丝。
实施例9
(1)选取N(N>2,且为整数)段等长度的铝金属丝，清洗干净，将选取的金属丝整齐排列好并捆绑在一起，缠绕在实验装置的相应位置。
(2)将0.02-0.5克多壁碳纳米管加入到体积比为0.1-10的水和乙醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克聚乙烯基吡咯烷酮和0.0001-0.001克纤维素，制成多壁碳纳米管悬浮液。
(3)将缠绕好的铝金属丝浸入到多壁碳纳米管悬浮液中，调节转速使其在多壁碳纳米管悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，再将该捆绑好的金属丝分开，制备出高导电的多壁碳纳米管包裹的铝金属丝。
实施例10
(1)选取一段实施例9中捆绑在一起的多壁碳纳米管包裹的铝金属丝，缠绕在实验装置的相应位置上。
(2)将0.02-0.5克还原氧化石墨烯加入到体积比为0.1-10的水和乙二醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克十二烷基硫酸钠和0.0001-0.001克壳聚糖，制成还原氧化石墨烯悬浮液。
(3)将缠绕好的多壁碳纳米管包裹的铝金属丝置于还原氧化石墨烯悬浮液中，调节转速使其在还原氧化石墨烯悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，再将捆绑好的金属丝分开，制备出多壁碳纳米管、还原氧化石墨烯依次包裹的铝金属丝。
实施例11
(1)选取N(N>2,且为整数)段等长度的铜金属丝，清洗干净，将选取的铜金属丝整齐排列好并捆绑在一起，缠绕在实验装置的相应位置上。
(2)将0.02-0.5克多壁碳纳米管加入到体积比为0.1-10的水和二甲基亚砜混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克十二烷基硫酸钠和0.0001-0.001克壳聚糖，制成多壁碳纳米管悬浮液。
(3)将缠绕好的铜金属丝浸入到多壁碳纳米管悬浮液，调节转速使其在多壁碳纳米管悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，制备出高导电的多壁碳纳米管包裹的铜金属丝。
实施例12
(1)选取一段实施例11中捆绑在一起的多壁碳纳米管包裹的铜金属丝，缠绕在实验装置的相应位置。
(2)将0.02-0.5克石墨烯纳米片加入到体积比为0.1-10的水和甲醚混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克十六烷基三甲基溴化铵和0.0001-0.001克Nafion，制成石墨烯纳米片悬浮液。
(3)将缠绕好的多壁碳纳米管包裹的铜金属丝置于石墨烯纳米片悬浮液，调节转速使其在石墨烯纳米片悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，再将捆绑好的金属丝分开，制备出多壁碳纳米管、石墨烯纳米片依次包裹的铜金属丝。
实施例13
(1)选取N(N>2,且为整数)段等长度的铜金属丝，清洗干净，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克少壁碳纳米管加入到体积比为0.1-10的水和甲乙醚混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克十六烷基三甲基溴化铵和0.0001-0.001克环氧树脂，制成少壁碳纳米管悬浮液。
(3)将缠绕好的铜金属丝浸入到少壁碳纳米管悬浮液中，调节转速使其在少壁碳纳米管悬浮液中，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，将捆绑好的金属丝分开，制备出高导电的少壁碳纳米管包裹的铜金属丝。
实施例14
(1)选取一段实施例13中捆绑好的少壁碳纳米管包裹的铜金属丝，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克氧化石墨烯加入到体积比为0.1-10的水和甲醚混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克聚乙烯醇和0.0001-0.001克酚醛树脂，制成氧化石墨烯悬浮液。
(3)将缠绕好的少壁碳纳米管包裹的铜金属丝置于氧化石墨烯悬浮液中，调节装置使其在氧化石墨烯悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，将捆绑好的金属丝分开，制备少壁碳纳米管、氧化石墨烯依次包裹的铜金属丝。
实施例15
(1)选取N(N>2,且为整数)段等长度的镍金属丝，清洗干净，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克多壁碳纳米管加入到体积比为0.1-10的水和甲苯混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克聚乙烯醇和0.0001-0.001克聚氨基酸甲酯，制成多壁碳纳米管悬浮液。
(3)将缠绕好的镍金属丝浸入到多壁碳纳米管悬浮液中，调节转速使其在多壁碳纳米管悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，将捆绑好的金属丝分开，制备出高导电的多壁碳纳米管包裹后的镍金属丝。
实施例16
(1)选取一段实施例15中捆绑好的多壁碳纳米管包裹后的镍金属丝，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克氧化石墨烯加入到体积比为0.1-10的水和乙醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克聚乙烯醇和0.0001-0.001克span 80，制成氧化石墨烯悬浮液。
(3)将缠绕好的多壁碳纳米管包裹好的镍金属丝置于氧化石墨烯悬浮液中，调节转速使其在氧化石墨烯悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，将捆绑好的金属丝分开，制备多壁碳纳米管、氧化石墨烯依次包裹的金属丝。
实施例17
(1)选取N(N>2,且为整数)段等长度的铜镍合金金属丝，清洗干净，将选取的铜镍合金金属丝整齐排列好并捆绑在一起，缠绕在实验装置的相应位置。
(2)将0.02-0.5克单壁碳纳米管加入到体积比为0.1-10的水和氯仿混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克聚乙二醇和0.0001-0.001克纤维素，制成单壁碳纳米管悬浮液。
(3)将缠绕好的的铜镍合金金属丝浸入到单壁碳纳米管悬浮液中，调节转速使其在单壁碳纳米管悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，将捆绑在一起的金属丝分开，制备出高导电的单壁碳纳米管包裹的铜镍合金金属丝。
实施例18
(1)选取一段实施例17中捆绑在一起的单壁碳纳米管包裹的铜镍合金金属丝，缠绕在实验装置相应位置。
(2)将0.02-0.5克氧化石墨烯加入到体积比为0.1-10的水和乙醇混合悬浮液中，再加入0.001-0.1克聚乙烯醇和0.0001-0.001克壳聚糖，制成氧化石墨烯悬浮液。
(3)将缠绕好的单壁碳纳米管包裹的铜镍合金金属丝置于氧化石墨烯悬浮液中，调节转速使其在氧化石墨烯悬浮液中匀速转动，然后取出在1-200℃下烘干，此过程可以进行多次，制备单壁碳纳米管、氧化石墨烯依次包裹的铜镍合金金属丝。
尽管实施方法中提及金属丝的根数为N(N>1,且为整数)，在具体实施例中金属丝的根数为(N>2,且为整数)，从本发明的原理出发，利用毛细原理组装纳米层，金属的根数也可以是1根，即，将在一根轴线上绕上金属丝，只要相邻金属丝线圈之间存在空隙，也可以经过在碳纳米材料中匀速转动形成碳纳米材料包覆的金属丝。
多根金属丝并排捆绑或将单根金属丝捆成线圈状，浸渍到相应分散液中，极短时间悬浮液就可以进入到金属丝之间的毛细管中，通过实验，我们发现浸渍时间为几分钟、几小时、几天等等都可以实现在金属丝上组装碳纳米材料的目的，因此浸渍并非越长越好，对于悬浮液分散性不好的浸渍时间几分钟为宜，这样可尽可能避免悬浮液中的溶质由于重力沉积在金属丝上。
悬浮液浓度高低都能实现在金属丝上组装碳纳米材料的目的。一般来说浓度低一些浸渍次数多一些或者浓度大一些浸渍次数少一些都可以实现某一特定厚度的组装，如果只是想将碳纳米管或者石墨烯组装到金属丝上的话没有严格要求，要是想得到组装效果比较均匀的话一般用低浓度组装。亦或者说只要该悬浮液中的碳纳米管或者石墨烯亦或其他材料能进入到金属丝之间的毛细管中，通过蒸发即可将该材料组装到金属丝上。
对于在金属丝表明组装碳纳米材料的结果，通常根据宏观观察金属丝表面颜色即可判断，若要是只是想让金属丝表面附着比较薄的碳纳米管或石墨烯的话一般只需简单的浸渍几次即可，若要是想组装的比较厚的一层的话浸渍几十次甚至更多。对于材料与金属丝颜色相差较大的，例如碳纳米管为黑色和镍丝为灰色，浸渍之后很明显会看到灰色的镍丝表面变成黑色的碳纳米管的颜色。图2提供了在镍丝基体材料的扫描电子显微镜图片，图3是镍丝在组装碳纳米材料后的扫描电子显微镜图片。
Claims (10)
1.一种金属丝上包裹碳纳米材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
把金属丝表面清洗干净；
把单根金属丝绕在轴线上或者把2根及以上金属丝整齐排列好并捆绑在一起；
把整齐排列或绕好的金属丝浸渍到含有碳纳米材料的悬浮液中；
通过蒸发干燥；
重复上述操作；
将捆绑在一起的金属丝分开或解开轴线上的金属丝即可得到碳纳米材料包裹的金属丝。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的金属丝为常温固态单质金属丝或合金金属丝。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的金属丝包含金丝、银丝、铜丝、铁丝、镍丝、钴丝、铝丝、锌丝、镁丝、钛丝、铋丝、铬丝、锰丝、钽丝、钨丝、钼丝、铂丝、铑丝、钌丝、钯丝、铼丝或铱丝或它们的合金丝。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的碳纳米材料包括：单壁碳纳米管、少壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯或石墨纳米片或它们的混合物。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的悬浮液包括碳纳米材料，溶剂，分散剂和粘结剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、甲醚、乙醚、甲乙醚、丙酮、丁酮、甲乙酮、氯仿、四氯化碳、笨、甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙酸、甲酸甲酯及其混合物。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的分散剂包括十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯基吡咯烷酮、span 80、Triton X-100。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的粘结剂剂包括：纤维素，壳聚糖、Nafion，环氧树脂，酚醛树脂，聚氨基酸甲酯。
9.根据权利要求1-8所述的制备方法，其特征在于：所述的蒸发干燥步骤，可以在常温下进行，也可以加热蒸发干燥。
10.一种在金属丝上包裹碳纳米材料的装置，其特征在于，该装置包括：不锈钢金属棒(1)，不锈钢圆盘(2)，载物平台(3)，腔体(4)，电机(5)，导线(6)，轴(10)，包括速度显示屏(8)和速度控制按钮(9)的速度控制系统(7)；不锈钢棒(1)垂直固定在不锈钢圆盘(2)上，不锈钢圆盘(2)的轴(10)与电机(5)连接，速度控制系统(7)通过导线(6)与电机(5)相连，不锈钢圆盘(2)的轴(10)垂直于腔体(4)并可沿腔体(4)轴向移动，载物平台(3)与腔体(4)垂直，含碳纳米材料的悬浮液放置在载物平台(3)上。
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