微納米材料的宏觀聚集體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其包括以下步驟：提供一漸縮管道，該漸縮管道的內(nèi)徑沿著該漸縮管道的延伸方向逐漸變小，該漸縮管道的內(nèi)徑較大的一端定義為入口，內(nèi)徑較小的一端定義為出口，且該漸縮管道的管壁上具有多個開孔；提供一微納米單元分散液，該分散液包括溶劑以及均勻分散于該溶劑中的微納米單元；以及使該微納米單元分散液從所述漸縮管道的入口向出口方向流動，并使該微納米單元分散液剪切流動的同時去除溶劑。該方法適合批量生產(chǎn)，與其他自下而上的技術相比，是一種高通量，低成本的技術，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】
微納米材料的宏觀聚集體的制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于微納米技術領域，尤其設及一種微納米材料的宏觀聚集體的制備方法 和制備裝置。
【背景技術】
[0002] 石墨締、碳納米管等微納米材料的宏觀聚集體中基本的結構單元通常是微米尺度 的SP2碳結構。運一微觀織構特征決定了組裝材料在受力時需通過微納米結構間相互作用 傳遞載荷。研究表明，微納米結構的有序排布可W幫助層間的載荷的傳遞。但是，目前的抽 濾、紡絲等加工技術無法獲得微納米材料的高度有序、致密的宏觀聚集體，其組裝體微觀結 構松散，結構決定性能，所W獲得的材料性能與理想情況差距較大。
[0003] 大自然中，蜘蛛吐出的絲具有極強的初性和強度，是已知的性能最優(yōu)異的材料之 一，其組成的微觀單元高度有序排布。蜘蛛在吐絲瞬間，液態(tài)流動產(chǎn)生剪切速度場使微觀組 成單元高度有序排布，因此具有優(yōu)異的性能?；诖?，本發(fā)明提出一種生物啟發(fā)的流動、蒸 發(fā)組裝技術。通過控制蒸發(fā)、壓差和管道尺寸產(chǎn)生可控剪切流動速度場使石墨締、碳納米管 等基本微納米單元組裝成微觀結構滿足上述要求的的宏觀聚集體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種微納米材料的宏觀聚集體的制備方法。
[0005] -種微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其包括W下步驟:提供一漸縮管道，該 漸縮管道的內(nèi)徑沿著該漸縮管道的延伸方向逐漸變小，該漸縮管道的內(nèi)徑較大的一端定義 為入口，內(nèi)徑較小的一端定義為出口，且該漸縮管道的管壁上具有多個開孔;提供一微納米 單元分散液，該分散液包括溶劑W及均勻分散于該溶劑中的微納米單元；W及使該微納米 單元分散液從所述漸縮管道的入口向出口方向流動，并使該微納米單元分散液剪切流動的 同時去除溶劑。
[0006] 如上述微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其中，所述微納米單元為一維微納 米材料和二維微納米材料中的一種或多種。
[0007] 如上述微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其中，所述一維微納米材料為碳納 米管;所述二維微納米材料為石墨締。
[000引如上述微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其中，所述微納米材料的最大尺寸 大于所述開孔沿著所述漸縮管道延伸方向的尺寸。
[0009] 如上述微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其中，所述溶劑為水和有機溶劑中 的一種或多種;且所述漸縮管道為相對于所述溶劑的無滑移流體管道。
[0010] 如上述微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其中，所述微納米單元分散液在所 述漸縮管道內(nèi)流動的過程中在徑向充滿整個漸縮管道;所述微納米單元經(jīng)過剪切流動并沿 著流動方向有序排布后，再使該微納米單元分散液剪切流動的同時去除溶劑。
[0011] 如上述微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其中，所述去除溶劑的方法為通過 加熱使溶劑從所述多個開孔蒸發(fā)出去。
[0012] 如上述微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其中，所述去除溶劑的方法為使溶 劑通過所述多個開孔滲透出去。
[0013] 如上述微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其中，所述微納米單元分散液中的 微納米單元在去除溶劑后形成微納米材料的宏觀聚集體;進一步，將所述微納米材料的宏 觀聚集體從出口抽出來形成一微納米材料纖維;一邊將出口一側的微納米材料的宏觀聚集 體抽出，一邊從入口 一側注入新的微納米單元分散液，連續(xù)不斷的制備微納米材料纖維。
[0014] 如上述微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其中，當該微納米單元分散液中的 微納米單元濃度達到一定值之后，通過冷凍裝置將該微納米單元分散液冷凍形成一預制 體;然后將該預制體取出后，通過升華去除殘留的溶劑，得到微納米材料的宏觀聚集體。
[0015] 本發(fā)明提供的宏觀聚集體的制備方法，具有W下優(yōu)點：其一、通過控制漸縮流體管 道的壓差可W控制管道中的剪切速率大小，從而控制微納米單元排布有序性，因此，可W通 過壓差和管道尺寸等外部條件控制流體管道中的流場，進而操縱微納米材料宏觀組裝體的 微觀結構有序性和密度。其二、微納米單元經(jīng)過剪切流動有序后，在剪切流動的同時去除溶 劑并保持剪切力不變，流動和去除溶劑的協(xié)同效應使微納米單元的有序性不被破壞，從而 確保了微納米材料的宏觀聚集體中的微納米單元的有序性。其Ξ、流體介質(zhì)容易獲得，管道 加工技術成熟，適合批量生產(chǎn)，與其他自下而上的技術相比，是一種高通量，低成本的技術， 適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實施例1提供的微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置的結構示意圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明實施例2提供的微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置的結構示意圖。
[0018] 圖3為本發(fā)明實施例3提供的微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置的結構示意圖。
[0019] 圖4為本發(fā)明實施例的漸縮管道內(nèi)的流場分布示意圖。
[0020] 圖5為本發(fā)明實施例的漸縮管道內(nèi)的微納米單元的有序性與皮克列數(shù)（Peclet number)、剪切速率的關系圖。
[0021] 圖6為本發(fā)明實施例無序分散于溶液中的微納米纖維單元經(jīng)過管道流場剪切、蒸 發(fā)后變?yōu)橛行颉⒅旅芙Y構的數(shù)值模擬結果。
[0022] 圖7為不考慮溶劑的蒸發(fā)時，本發(fā)明實施例的漸縮管道中的微納米單元分散液所 受到的壓強差沿著管道長度X的分布W及與所述漸縮管道的管道梯度β的關系。
[0023] 圖8為不考慮溶劑的蒸發(fā)時，本發(fā)明實施例的漸縮管道中的微納米單元分散液所 受到的剪切速率沿著管道長度X的分布W及與所述漸縮管道的形狀、尺寸、梯度ew及入口 出口壓差Δρ的關系。
[0024] 圖9為考慮溶劑的蒸發(fā)時，本發(fā)明實施例的漸縮管道中的微納米單元分散液所受 到的剪切速率沿著管道長度X的分布W及與所述漸縮管道的梯度β的關系。
[0025] 主要元件符號說明_

' 如下【具體實施方式】將結合上述附圖進一步說明本發(fā)明。 '
【具體實施方式】
[0026] W下將結合上述附圖和不同實施例說明本發(fā)明提供的微納米材料的宏觀聚集體 的制備方法和制備裝置。
[0027] 參見圖1，本發(fā)明實施例提供的微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置10包括:一容 器12、一施壓裝置14W及一漸縮管道16。
[00%]所述容器12用于盛放微納米單元分散液20。所述微納米單元分散液20包括溶劑22 W及均勻分散于該溶劑22中的微納米單元24。所述施壓裝置14與該容器12連接，用于向該 容器12內(nèi)的微納米單元分散液20施加壓力，從而使該微納米單元分散液20可W沿著所述漸 縮管道16流動。所述漸縮管道16與該容器12連接，用于對其內(nèi)部流動的微納米單元分散液 20形成一剪切流場，從而使該流動的微納米單元分散液20中的微納米單元24在該剪切流場 作用下沿著流動方向有序排布。而且，所述漸縮管道16還可W在該微納米單元24沿著流動 方向有序排布后，保持該微納米單元分散液20繼續(xù)流動，并在該微納米單元分散液20剪切 流動的同時逐漸去除該微納米單元分散液20的溶劑22,從而在所述漸縮管道16內(nèi)得到一微 納米材料的宏觀聚集體26。
[0029] 所述容器12的形狀、大小和結構不限，可W根據(jù)需要設計。所述容器12的材料可W 為金屬、陶瓷、玻璃、石英或聚合物等具有一定硬度和強度的材料。
[0030] 所述施壓裝置14可W為任何可W向該容器12內(nèi)的微納米單元分散液20施加壓力 的裝置。所述施壓裝置14設置的位置不限，可W根據(jù)需要選擇。
[0031] 所述漸縮管道16的內(nèi)徑沿著該漸縮管道16的延伸方向逐漸變小。本發(fā)明將該漸縮 管道16的內(nèi)徑較大的一端定義為入口 160,內(nèi)徑較小的一端定義為出口 162。優(yōu)選地，所述漸 縮管道16的內(nèi)徑從入口 160至出口 162逐漸變小。所述漸縮管道16的入口 160通過一閥口 18 與該容器12連通。所述漸縮管道16的入口 160和出口 162尺寸不限，可W根據(jù)需要設計。所述 漸縮管道16的材料可W為金屬、陶瓷、玻璃、石英或聚合物等具有一定硬度和強度的材料。 所述漸縮管道16的橫截面形狀不限，可W為圓形、楠圓形、Ξ角形、正方形、長方形、W及其 他N邊形，N^5。所述漸縮管道16的長度不限，可W根據(jù)需要設計?？蒞理解，所述漸縮管道 16的長度需確保所述微納米單元分散液20在剪切流場作用下沿著流動方向有序排布后，保 持該微納米單元分散液20繼續(xù)流動，并在該微納米單元分散液20剪切流動的同時逐漸去除 該微納米單元分散液20的溶劑22。優(yōu)選地，所述漸縮管道16為相對于所述溶劑22的無滑移 流體管道。所述漸縮管道16沿著長度方向的截面可W為兩條間隔設置的直線或弧線。所述 漸縮管道16的梯度影響流動蒸發(fā)的時間，運也影響最終的形貌。梯度過大會導致剪切不充 分，可能不會高度有序。所述漸縮管道16的梯度與長度W及出入口 160直徑是相關的。所述 漸縮管道16可W為一體結構也可W為分體結構。優(yōu)選地，所述漸縮管道16采用分體結構，W 便于后續(xù)將沉積于其內(nèi)壁的微納米材料的宏觀聚集體26取出來，W及對其內(nèi)壁進行清洗。 優(yōu)選地，所述漸縮管道16可W沿著長度方向分為的多段結構，使用時組裝在一起。進一步， 每一段管道還可W為兩瓣或多瓣結構，使用時組裝在一起?？蒞理解，所述漸縮管道16也可 W為其他非漸縮管道的一部分，只要在該漸縮管道16的部分可W實現(xiàn)本發(fā)明的目的即可。
[0032] 所述漸縮管道16的管壁上具有多個開孔164,用于去除該微納米單元分散液20的 溶劑22。所述開孔164形狀不限，可W為圓形、楠圓形、Ξ角形、正方形、長方形等。所述開孔 164的尺寸和密度可W根據(jù)所述微納米單元24的尺寸選擇。通過所述開孔164的尺寸和密度 可W控制去除該微納米單元分散液20的溶劑22的速率。優(yōu)選地，所述開孔164沿著該漸縮管 道16的延伸方向的尺寸應該大于所述微納米單元24的最大尺寸，例如一維微納米材料的長 度，W防止所述微納米單元24隨著溶劑22從該開孔164流出去。可W理解，一定范圍內(nèi)的少 許微納米單元流出也可W接受。所述多個開孔164可W沿著徑向環(huán)繞所述漸縮管道16設置， 也可W僅設置于所述漸縮管道16的一個或多個管壁上?？蒞理解，當所述微納米單元分散 液20進入所述漸縮管道16后，需要流動一段時間才能夠使所述微納米單元分散液20在剪切 流場作用下沿著流動方向有序排布。因此，在所述漸縮管道16靠近入口 160的前段部分，不 需要設置開孔164。也就是說，所述多個開孔164可W沿著軸向/長度方向僅設置于所述漸縮 管道16靠近出口 162的后段部分。
[0033] 參見圖2,所述微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置10還可W包括一加熱裝置17， 用于加熱該漸縮管道16內(nèi)的微納米單元分散液20。所述加熱裝置17的結構和設置位置不 限，可W根據(jù)需要設計。
[0034] 參見圖3,所述微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置10還可W包括一冷凍裝置19， 用于冷凍該漸縮管道16內(nèi)的微納米單元分散液20。所述冷凍裝置19的結構和設置位置不 限，可W根據(jù)需要設計。
[0035] 所述溶劑22可W為水和有機溶劑中的一種或多種。所述溶劑22也可W為烙化的聚 合物或金屬。所述有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酬、二氯乙燒和氯仿中一種或者多種。所述微納 米單元24可W為一維微納米材料和二維微納米材料中的一種或多種。所述一維微納米材料 可W為微納米管、微納米線、微納米棒W及微納米帶中的一種或多種。所述二維微納米材料 為微納米片、微納米片膜和微納米層中的一種或多種。所述微納米單元分散液20中還可W 進一步包括分散劑或表面活性劑，從而使所述微納米單元24均勻分散，不發(fā)生團聚。所述微 納米單元24可W通過超聲均勻分散在溶劑22里。
[0036] W下介紹采用本發(fā)明提供的微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置10或10A制備微 納米材料的宏觀聚集體26的方法，該方法包括:使該微納米單元分散液20從所述漸縮管道 16的入口 160向出口 162方向流動；W及使該微納米單元分散液20剪切流動的同時去除溶劑 22。優(yōu)選地，該微納米單元24經(jīng)過剪切流動并沿著流動方向有序排布后，再使該微納米單元 分散液20剪切流動的同時去除溶劑22。
[0037] 上述方法中，所述微納米單元分散液20在所述漸縮管道16內(nèi)流動的過程中在徑向 充滿整個漸縮管道16。優(yōu)選地，所述漸縮管道16為相對于所述溶劑22的無滑移流體管道。由 于靠近所述漸縮管道16管壁的流體容易受到管壁的剪切力，而位于所述漸縮管道16中屯、的 流體不容易受到管壁的剪切力，本發(fā)明更優(yōu)選地，所述溶劑22具有一定的黏度，從而使得所 述漸縮管道16內(nèi)每一處的流體都能受到剪切力。所述去除溶劑22的方法為使溶劑22通過所 述多個開孔164滲透出去，或通過加熱使溶劑22從所述多個開孔164蒸發(fā)出去。所述漸縮管 道16的入口 160和出口 162之間形成壓強差。可W理解，通過該壓強差可W控制該微納米單 元分散液20的流量W及獲得的微納米材料的宏觀聚集體26的密度。所述獲得的微納米材料 的宏觀聚集體26可W從所述漸縮管道16的出口 162處取出，或通過將所述漸縮管道16打開 取出。
[0038] W下介紹本發(fā)明提供的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法的原理。
[0039] 當所述微納米單元分散液20從所述漸縮管道16的入口 160通入之后，所述漸縮管 道16內(nèi)的微納米單元分散液20的速度分布如圖4所示。此時，速度的梯度為剪切速率，所述 漸縮管道16平均剪切速率丫可W用W下公式(1)描述： y=Q/dw^ (1) 其中Q是所述微納米單元分散液20的流量，d和W分別為所述漸縮管道16的深度和寬度。 由此可見，在同等流量的情況下，所述漸縮管道16徑向尺寸越小，可W獲得更高的剪切速 率。其中，所述微納米單元分散液20的流量由所述漸縮管道16的尺寸和兩端的壓差控制。而 所述漸縮管道16兩端的壓差通過所述施壓裝置14控制。因此，所述漸縮管道16的流場分布 可W通過調(diào)控所述漸縮管道16的尺寸和所述施壓裝置14來進行調(diào)控。
[0040] 所述漸縮管道16內(nèi)的流體中的微納米單元24受到剪切流場的剪切力和熱擾動。二 者的強度比可W用皮克列數(shù)Pe進行衡量，表示為公式(2): Pe = γ/D (2) 其中D是衡量熱擾動效應大小的微納米單元24的旋轉擴散系數(shù)。皮克列數(shù)與剪切速率 為線性關系。所述漸縮管道16內(nèi)的流體中的微納米單元24的有序性與皮克列數(shù)緊密相關， 在二維情況下，有序性0用如下公式(3)表示： 0 = <2cos^0 -1> (3) 其中θ是所述微納米單元24軸向與流速方向的夾角。當無序分布時，0的取值為0;當極 限有序時Θ =0,0的取值為1。如圖5所示，在不考慮微納米單元24慣性效應的情況下，剪切 速率越大，皮克列數(shù)越大，有序性越高。因此，可W通過控制流場剪切速率來控制皮克列數(shù)， 進而調(diào)所述微納米單元24宏觀組裝體的有序性。
[0041] 當所述微納米單元24在所述漸縮管道16中經(jīng)剪切有序后，保持流體流動并開始去 除溶劑22,即，所述溶劑22通過開孔164排出所述漸縮管道16。由于所述漸縮管道16中溶劑 22的減少，導致流量的減少，采用漸縮管道可W保持流動剪切速率，從而保持流體中的微納 米單元24的有序性。同時，由于溶劑22的減少，流體中的微納米單元24的濃度增大，從而獲 得致密的微納米材料的宏觀聚集體26。參見圖6,為本發(fā)明實施例無序分散于溶液中的微納 米纖維單元經(jīng)過管道流場剪切、蒸發(fā)后變?yōu)橛行颉⒅旅芙Y構的數(shù)值模擬結果。
[0042] 所述漸縮管道16的形狀、尺寸、壓強、剪切速率的關系分析如下。假設入口 160處的 壓強為P1，出口 162處的壓強為P2,入口 160的高度為hi,出口 162的的高度為h2。那么所述漸 縮管道16的壓差為Δρ =pi - P2。
[0043] 不考慮溶劑22的蒸發(fā)時，所述漸縮管道16中的剪切速率分布為：
其中，上式(4)中μ是所述微納米單元分散液20的粘性。圖7為所述漸縮管道16中的微納 米單元分散液20所受到的壓強差沿著管道長度X的分布W及與所述漸縮管道16的管道梯度 0的關系，其中，0《x《L，i3=h2/hi。圖8為所述漸縮管道16中的微納米單元分散液20所受到的 剪切速率沿著管道長度X的分布W及與所述漸縮管道16的形狀、尺寸、梯度βΚ及入口出口 壓差Αρ的關系，其中，圖8中舉了5個實例說明它們的關系。
[0044] 考慮溶劑22的蒸發(fā)時，所述漸縮管道16中的剪切速率分布如圖9所示。如圖9邊界 虛線所示，當沒有溶劑22沿著漸縮管道16蒸發(fā)時，由于是漸縮管道，剪切速率從入口 160到 出口 162不斷增加。如圖9邊界實線所示，當溶劑22到達出口 162全部蒸發(fā)完畢時，剪切速率 從入口 160到出口 162不斷減小，且出口 162處的剪切速率為0。其他情形都落在虛線和實線 包絡的區(qū)域。圖9分別給出了 Ξ種不同梯度β下，所述漸縮管道16中的剪切速率分布的對比。 可W看到，管道梯度β越大，剪切速率分布變化也越劇烈。
[0045] 可W理解，采用本發(fā)明的方法可W將所述漸縮管道16中有序分布的微納米單元24 處的溶劑22全部去除，得到一微納米材料的宏觀聚集體26?？蒞理解，溶劑22全部去除后得 到的微納米材料的宏觀聚集體26容易吸附于所述漸縮管道16內(nèi)壁上，而不易與所述漸縮管 道16分離。采用本發(fā)明的方法也可W等所述漸縮管道16中有序分布的微納米單元24達到一 定濃度值之后取出來得到一預制體，再加熱該預制體。該預制體容易與所述漸縮管道16分 離。所述微納米單元24排列的有序性可W通過計算、實驗測定的方式來確定。該有序分布的 微納米單元24的濃度可W通過測定入口 160處的微納米單元分散液20濃度和溶劑22的總蒸 發(fā)量確定。
[0046] 本發(fā)明提供的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法具有W下優(yōu)點：其一、通過控 制漸縮流體管道的壓差可W控制管道中的剪切速率大小，從而控制微納米單元排布有序 性，因此，可W通過壓差和管道尺寸等外部條件控制流體管道中的流場，進而操縱微納米材 料宏觀組裝體的微觀結構有序性和密度。其二、微納米單元經(jīng)過剪切流動有序后，在剪切流 動的同時去除溶劑并保持剪切力不變，流動和去除溶劑的協(xié)同效應使微納米單元的有序性 不被破壞，從而確保了微納米材料的宏觀聚集體中的微納米單元的有序性。其Ξ、流體介質(zhì) 容易獲得，管道加工技術成熟，適合批量生產(chǎn)，與其他自下而上的技術相比，是一種高通量， 低成本的技術，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0047] W下為本發(fā)明的具體實施例 實施例1 參見圖1，為本發(fā)明實施例1采用的微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置10。本實施例 中，所述容器12為矩形鋼制容器。所述施壓裝置14為一活塞，通過活塞向該容器12底部運 動，從而對該容器12內(nèi)的微納米單元分散液20施加壓力。本實施例中，所述漸縮管道16的為 橫截面為圓形的石英管。所述多個開孔164為圓形，且沿著徑向環(huán)繞所述漸縮管道16設置。 所述多個開孔164為微米級尺寸。所述微納米單元分散液20通過將石墨締分散于水中形成。
[0048] 本實施例中，制備微納米材料的宏觀聚集體26的方法為:首先，將石墨締的微納米 單元分散液20置于所述容器12內(nèi)；其次，打開閥口 18，并通過所述施壓裝置14使所述微納米 單元分散液20從所述漸縮管道16的入口 160向出口 162方向流動;然后，所述微納米單元24 經(jīng)過剪切流動后沿著流動方向有序排布后，在該微納米單元分散液20剪切流動的同時通過 開孔164滲透去除溶劑22,從而得到一石墨締有序且致密排列的微納米材料的宏觀聚集體 26，且該微納米材料的宏觀聚集體26沉積在所述漸縮管道16的內(nèi)壁上;最后，打開所述漸縮 管道16將該微納米材料的宏觀聚集體26取出來。
[0049] 實施例2 參見圖2,為本發(fā)明實施例2采用的微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置10A。本發(fā)明實 施例2采用的微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置10A與本發(fā)明實施例1采用的微納米材料 的宏觀聚集體的制備裝置10的結構基本相同，其區(qū)別為，所述漸縮管道16的為橫截面為方 形，且所述多個開孔164僅設置與所述漸縮管道16的頂面上;進一步，一加熱裝置17設置于 所述漸縮管道16的外表面。本實施例中，所述加熱裝置17為加熱電阻絲，其纏繞在所述漸縮 管道16的外表面。該電阻絲的相鄰兩應之間間隔設置，且所述多個開孔164設置于相鄰的兩 應之間。
[0050] 本實施例中，所述微納米單元分散液20通過將碳納米管分散于乙醇中形成。所述 制備微納米材料的宏觀聚集體26的方法為:首先，將碳納米管的微納米單元分散液20置于 所述容器12內(nèi)；其次，打開閥口 18，并通過所述施壓裝置14使所述微納米單元分散液20從所 述漸縮管道16的入口 160向出口 162方向流動;然后，所述微納米單元24經(jīng)過剪切流動后沿 著流動方向有序排布后，在該微納米單元分散液20剪切流動的同時加熱蒸發(fā)去除溶劑22， 從而得到一碳納米管有序且致密排列的微納米材料的宏觀聚集體26。進一步，本實施例中， 通過一夾子將所述微納米材料的宏觀聚集體26從出口 162抽出來形成一微納米材料纖維。 可W理解，只要一邊將出口 162-側的微納米材料的宏觀聚集體26抽出，一邊從入口 160- 側注入新的微納米單元分散液20,就可W連續(xù)不斷的制備微納米材料纖維。
[0化1]實施例3 參見圖3,為本發(fā)明實施例3采用的微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置10B。本發(fā)明實 施例3采用的微納米材料的宏觀聚集體的制備裝置10B與本發(fā)明實施例1采用的微納米材料 的宏觀聚集體的制備裝置10的結構基本相同，其區(qū)別為，所述多個開孔164僅設置與所述漸 縮管道16的中間一段;進一步，一冷凍裝置19設置于所述漸縮管道16靠近出口 162的一段。 所述漸縮管道16對應該冷凍裝置19的一段沒有開孔164。
[0052]本實施例中，所述微納米單元分散液20通過將碳納米管分散于水中形成。所述制 備微納米材料的宏觀聚集體26的方法為:首先，將碳納米管的微納米單元分散液20置于所 述容器12內(nèi)；其次，打開閥口 18，并通過所述施壓裝置14使所述微納米單元分散液20從所述 漸縮管道16的入口 160向出口 162方向流動;然后，所述微納米單元24經(jīng)過剪切流動后沿著 流動方向有序排布后，在該微納米單元分散液20剪切流動的同時通過開孔164滲透去除溶 劑22,從而得到一碳納米管有序排列的微納米單元分散液20;當該微納米單元分散液20中 的碳納米管濃度達到一定值之后，通過冷凍裝置19將該微納米單元分散液20冷凍形成一預 制體28,然后將該預制體28取出后，通過升華去除殘留的溶劑22,得到微納米材料的宏觀聚 集體26。
[0053]上述各實施例是對本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進一步說明，不應理解為本發(fā)明的范圍僅限于上 述實施例，凡基于上述內(nèi)容所實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明保護的范圍。另外，本領域技術人員 還可W在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，運些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應包含在本發(fā)明 所要求保護的范圍內(nèi)。
【主權項】
1. 一種微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其包括以下步驟： 提供一漸縮管道，該漸縮管道的內(nèi)徑沿著該漸縮管道的延伸方向逐漸變小，該漸縮管 道的內(nèi)徑較大的一端定義為入口，內(nèi)徑較小的一端定義為出口，且該漸縮管道的管壁上具 有多個開孔； 提供一微納米單元分散液，該分散液包括溶劑以及均勻分散于該溶劑中的微納米單 元；以及 使該微納米單元分散液從所述漸縮管道的入口向出口方向流動，使該微納米單元分散 液剪切流動的同時去除溶劑。2. 如權利要求1所述的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其特征在于，所述微納米 單元為一維微納米材料和二維微納米材料中的一種或多種。3. 如權利要求2所述的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其特征在于，所述一維微 納米材料為碳納米管;所述二維微納米材料為石墨稀。4. 如權利要求1所述的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其特征在于，所述微納米 材料的最大尺寸大于所述開孔沿著所述漸縮管道延伸方向的尺寸。5. 如權利要求1所述的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其特征在于，所述溶劑為 水和有機溶劑中的一種或多種;且所述漸縮管道為相對于所述溶劑的無滑移流體管道。6. 如權利要求1所述的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其特征在于，所述微納米 單元分散液在所述漸縮管道內(nèi)流動的過程中在徑向充滿整個漸縮管道;所述微納米單元經(jīng) 過剪切流動并沿著流動方向有序排布后，再使該微納米單元分散液剪切流動的同時去除溶 劑。7. 如權利要求1所述的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其特征在于，所述去除溶 劑的方法為通過加熱使溶劑從所述多個開孔蒸發(fā)出去。8. 如權利要求1所述的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其特征在于，所述去除溶 劑的方法為使溶劑通過所述多個開孔滲透出去。9. 如權利要求1所述的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其特征在于，所述微納米 單元分散液中的微納米單元在去除溶劑后形成微納米材料的宏觀聚集體;進一步，將所述 微納米材料的宏觀聚集體從出口抽出來形成一微納米材料纖維;一邊將出口一側的微納米 材料的宏觀聚集體抽出，一邊從入口一側注入新的微納米單元分散液，連續(xù)不斷的制備微 納米材料纖維。10. 如權利要求1所述的微納米材料的宏觀聚集體的制備方法，其特征在于，當該微納 米單元分散液中的微納米單元濃度達到一定值之后，通過冷凍裝置將該微納米單元分散液 冷凍形成一預制體;然后將該預制體取出后，通過升華去除殘留的溶劑，得到微納米材料的 宏觀聚集體。
【文檔編號】C01B31/04GK105948024SQ201610275584
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】徐志平, 高恩來
【申請人】清華大學