碳納米管纖維的制備及其作為電熱材料的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，納米材料正在以各種各樣的方式融入到人們的生活，同時(shí)人們對材料的使用要求也更加地嚴(yán)格和多樣化，人們希望材料能夠更加輕便、安全、多功能化的在生活中發(fā)揮作用。作為納米材料中的一員碳納米管（CNTs）在最近幾年隨著科研人員研究的不斷深入，在許多方面都取得了很大進(jìn)展。本文主要研究了一種制備宏觀CNTs纖維的方法，然后對所制備的CNTs纖維作為電極材料在電弧中的應(yīng)用進(jìn)行探究；并且與傳統(tǒng)電熱材料（鎳鉻金屬絲）進(jìn)行加熱對比實(shí)驗(yàn)，探究

2、CNTs纖維作為新型電熱材料的可行性，主要研究結(jié)果如下：
　?。?）通過將CNTs筒狀物兩端固定在兩個(gè)電機(jī)的軸端，設(shè)定電機(jī)的加捻速度可以制備出較長的CNTs纖維，然后將CNTs纖維穿過拉絲?？?，可制備出具有較強(qiáng)柔韌性，較低密度的CNTs纖維，可以承受彎曲而不損壞。制備的CNTs纖維經(jīng)拉曼檢測結(jié)果顯示IG/ID的值為6.9，表明該CNTs纖維具有較高的石墨化程度。
　　（2）在30 V的較低電壓下，分別連接正負(fù)極的CNTs纖維

3、與金屬絲在接觸區(qū)域可產(chǎn)生電弧，這比單純由金屬材料在通電的情況下相互接觸產(chǎn)生電弧的電壓要低很多，且產(chǎn)生電弧的強(qiáng)度足夠大，以至放出大量的熱可將金屬電極熔化。在電弧反應(yīng)之后，CNTs的結(jié)晶度只有輕微變化。實(shí)驗(yàn)表明，CNTs纖維在電弧實(shí)驗(yàn)中可以反復(fù)多次使用。實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生如此高強(qiáng)度的電弧表明CNTs纖維作為電極材料在焊接、熔化金屬、或其他相關(guān)領(lǐng)域有一定的應(yīng)用潛力。
　?。?）在低于20 V的電壓下，CNTs纖維作為加熱絲隨著電壓的增加會(huì)發(fā)出越

4、來越強(qiáng)烈的紅外光，且加熱絲的溫度也越來越高，說明其獨(dú)特的微觀組織對作為加熱材料具有很大的優(yōu)勢；并且由于CNTs纖維擁有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能，在斷開電源的瞬間，CNTs纖維會(huì)立即從紅熱狀態(tài)變回本來的黑色，且多次使用后發(fā)光發(fā)熱效果幾乎不變，說明其作為加熱材料具有很穩(wěn)定的循環(huán)使用性能。
　?。?）在相同的電壓下，5 cm長的CNTs纖維與50 cm長的鎳鉻合金絲在同樣的9 V電壓下有著大致相同的加熱效果，主要是因?yàn)镃NTs纖維單位長度的電阻

5、值較大，雖然尺寸上與鎳鉻絲相差較大，但不影響其加熱效果，考慮到CNTs纖維質(zhì)量較輕、柔性好，其加熱效果要比傳統(tǒng)的鎳鉻加熱絲要好，預(yù)示著其在柔性電熱材料領(lǐng)域有一定的應(yīng)用前景。
　　（5）CNTs纖維的加熱效果主要受其電阻的影響，由于CNTs本身微觀上是由多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，不像金屬般致密，因而密度對其作為電熱材料還是重要的影響因素。實(shí)驗(yàn)中用不同密度的CNTs纖維分別加熱100 ml蒸餾水，密度較大的CNTs纖維加熱效果更好，主要原