壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法，包括如下步驟：（1）將細(xì)菌纖維素濕膜、LiFePO4、吐溫-80和機(jī)粘結(jié)劑一起混合在氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑中，將以上材料均勻攪拌混合得到纖維素紡絲液；（2）將制備好的纖維素紡絲液采用濕紡工藝制得細(xì)菌纖維素纖維；（3）將真空冷凍干燥后的細(xì)菌纖維素纖維放置于馬費(fèi)爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下在600℃~1500℃的條件下進(jìn)行碳化，從而制備出LiFePO4/C納米纖維；（5）將碳化后的試樣放置在高溫石墨化爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下分別在2200℃~2800℃的溫度下進(jìn)行石墨化，形成石墨化LiFePO4/C納米纖維。
【專利說(shuō)明】壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)電纖維【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]納米技術(shù)作為21世紀(jì)的一個(gè)重要新興科技領(lǐng)域，在理論與實(shí)踐上正經(jīng)歷著高速的發(fā)展。大量新型納米材料與器件不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，并在生物醫(yī)學(xué)、國(guó)防以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域中展現(xiàn)出前所未有的應(yīng)用前。然而，納米技術(shù)發(fā)展到今日，大量的研究都集中于開(kāi)發(fā)高靈敏度，高性能的納米器件，幾乎還沒(méi)有任何關(guān)于納米尺度的電源系統(tǒng)研究。但是，應(yīng)用于生物及國(guó)防等方面的納米傳感器對(duì)這種電源系統(tǒng)的需求卻與日俱增。例如，無(wú)線納米系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)同步內(nèi)置生物傳感器和生物醫(yī)藥監(jiān)控，生物活體探測(cè)具有重大的意義。然而，任何生物體內(nèi)置的無(wú)線傳感器都需要電源，一般來(lái)說(shuō)，這些傳感器的電源直接或者間接來(lái)源于電池。如果這些傳感器能物體內(nèi)自己給自己提供電源，從而實(shí)現(xiàn)器件和的同時(shí)小型化，這是科學(xué)家們一直所夢(mèng)寐以求的，因此，開(kāi)發(fā)出能將運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)、流體等自然存在的能轉(zhuǎn)化為電能從而實(shí)現(xiàn)無(wú)需外接電源的納米器新型納米技術(shù)具有極其重要的意義。這一技術(shù)大減小電源尺寸的同時(shí)提高能量密度與效率，成納米系統(tǒng)的微型化方面將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
[0003]常規(guī)壓電材料由于化學(xué)成分及晶體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，很難合成出高質(zhì)量的具有納米尺度的結(jié)構(gòu)。因此，高的輸出功率只能通過(guò)增加尺寸和外界作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)小尺寸與大功率的有機(jī)結(jié)合。
[0004]碳纖維作為新一代復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)纖維，以其高強(qiáng)度高模量比，低密度，低X光吸收率，抗腐蝕、耐燒蝕、抗疲勞，耐熱沖擊，導(dǎo)電導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)小和自潤(rùn)滑等優(yōu)異性能，與金屬、樹(shù)脂、橡膠、玻璃等組成復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于從航天、航空、航海等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)到汽車、建筑、輕工等各個(gè)領(lǐng)域。高性能碳纖維是高技術(shù)復(fù)合材料中最重要的增強(qiáng)材料，對(duì)國(guó)防軍工和國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著舉足輕重的影響，發(fā)展高性能碳纖維的生產(chǎn)技術(shù)對(duì)發(fā)展我國(guó)碳纖維工業(yè)和高性能復(fù)合材料有重要意義。
[0005]碳纖維主要由碳兀素組成，其碳含量一般高于95%,另外還含有微量的氫(少于1%)0對(duì)于聚丙烯腈基碳纖維來(lái)說(shuō)，還含有4 一 7%的氮。碳纖維的基本結(jié)構(gòu)單元是石墨晶體，其碳原子化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)與芳烴環(huán)的CC原子結(jié)構(gòu)相似，在石墨層平面上由SP2電子雜化軌道形成O-鍵，又由P電子軌道在該平面垂直向上形成π鍵。如此形成的一個(gè)個(gè)迭臺(tái)的碳鍵十分牢固；而相鄰平面層間的C-C原子間則形成較弱的金屬鍵。而石墨晶片則沿纖維軸向上優(yōu)先取向排列。碳纖維所具有的卓越的高強(qiáng)高模量的力學(xué)性能便是由這種基本的結(jié)構(gòu)特征所決定的。盡管在石墨晶片上呈現(xiàn)著優(yōu)異的高強(qiáng)性能，在其片層之間卻呈現(xiàn)著較低的剪切強(qiáng)度。為消除這種剪切強(qiáng)度不足對(duì)碳纖維力學(xué)性能的影響，在碳纖維中不再存在石墨片層晶格無(wú)限大的完美石墨結(jié)構(gòu)，石墨片層以無(wú)限小的聚芳烴結(jié)構(gòu)沿碳纖維軸向優(yōu)先取向地?zé)o序排列，從而使碳纖維呈現(xiàn)著獨(dú)特的層堆無(wú)序性結(jié)構(gòu)特征。
[0006]納米碳纖維是指具有納米尺度的碳纖維，即纖維直徑小于lOOOnm。納米碳纖維依其結(jié)構(gòu)可分為納米碳管及納米碳纖維，納米碳纖維一般是指纖維直徑在5(T500nm大小范圍的實(shí)心納米碳纖維。納米碳纖維具有高的強(qiáng)度、質(zhì)輕、導(dǎo)熱性良好及高的導(dǎo)電性等特性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法，包括如下步驟:
Cl)將細(xì)菌纖維素濕膜、LiFeP04、吐溫-80和機(jī)粘結(jié)劑一起混合在氯化1_烯丙基-3-甲基咪唑中，將以上材料均勻攪拌混合得到纖維素紡絲液；紡絲液中細(xì)菌纖維素的質(zhì)量百分含量為5-10%，LiFePCM的質(zhì)量百分含量為5_10%，吐溫-80的質(zhì)量百分含量為
0.5-1.5%，有機(jī)粘結(jié)劑的質(zhì)量百分含量為0.2-2% ；
(2)將制備好的纖維素紡絲液采用濕紡工藝制得細(xì)菌纖維素纖維；
(3)將以上細(xì)菌纖維素纖維經(jīng)液氮浸沒(méi)處理，將經(jīng)液氮處理后的細(xì)菌纖維素纖維放入真空冷凍干燥機(jī)中凍干；
(4)將真空冷凍干燥后的細(xì)菌纖維素纖維放置于馬費(fèi)爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下在6000C?1500°C的條件下進(jìn)行碳化，從而制備出LiFeP04/C納米纖維；
(5)將碳化后的試樣放置在高溫石墨化爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下分別在2200°C?28000C的溫度下進(jìn)行石墨化，形成石墨化LiFeP04/C納米纖維。
[0009]所述的有機(jī)粘結(jié)劑為聚乙烯醇或聚乙二醇。
[0010]細(xì)菌纖維素濕膜是一種食品產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)品，化學(xué)純度高，來(lái)源廣，價(jià)格低，具有精細(xì)的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其纖維直徑在10-100 nm之間。本發(fā)明以細(xì)菌纖維素濕膜為原料，采用濕紡工藝紡制出細(xì)菌纖維素纖維。該細(xì)菌纖維素超細(xì)纖維線經(jīng)熱解碳化及石墨化后制備出納米碳纖維。由于納米纖維強(qiáng)度高、韌性大、易彎曲、抗疲勞、抗輻射，并可在近乎絕對(duì)零度到超高溫下工作，納米碳纖維絕佳的牢固度和壓電效應(yīng)。由于納米纖維強(qiáng)度高、韌性大、易彎曲、抗疲勞、抗輻射，并可在近乎絕對(duì)零度到超高溫下工作，納米碳纖維絕佳的牢固度和壓電效應(yīng)。本發(fā)明的壓電材料具有高介電常數(shù)，因此，本發(fā)明的壓電材料適合壓電器件。此外，本發(fā)明的壓電材料不影響環(huán)境，原因在于該材料不使用鉛。本發(fā)明的壓電材料不使用堿金屬，因此，用于壓電器件中時(shí)該材料甚至在耐久性上也有利。

【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
本發(fā)明的壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法，包括如下步驟:
(1)將細(xì)菌纖維素濕膜、LiFeP04、吐溫-80和機(jī)粘結(jié)劑一起混合在氯化1_烯丙基-3-甲基咪唑中，將以上材料均勻攪拌混合得到纖維素紡絲液；紡絲液中細(xì)菌纖維素的質(zhì)量百分含量為5%，LiFePCM的質(zhì)量百分含量為5%，吐溫-80的質(zhì)量百分含量為0.5%，有機(jī)粘結(jié)劑的質(zhì)量百分含量為0.2% ；
(2)將制備好的纖維素紡絲液采用濕紡工藝制得細(xì)菌纖維素纖維； (3)將以上細(xì)菌纖維素纖維經(jīng)液氮浸沒(méi)處理，將經(jīng)液氮處理后的細(xì)菌纖維素纖維放入真空冷凍干燥機(jī)中凍干；
(4)將真空冷凍干燥后的細(xì)菌纖維素纖維放置于馬費(fèi)爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下在6000C?1500°C的條件下進(jìn)行碳化，從而制備出LiFeP04/C納米纖維；
(5)將碳化后的試樣放置在高溫石墨化爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下分別在2200°C?28000C的溫度下進(jìn)行石墨化，形成石墨化LiFeP04/C納米纖維。
[0012]所述的有機(jī)粘結(jié)劑為聚乙烯醇。
[0013]實(shí)施例2
本發(fā)明的壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法，包括如下步驟:
Cl)將細(xì)菌纖維素濕膜、LiFeP04、吐溫-80和機(jī)粘結(jié)劑一起混合在氯化1_烯丙基-3-甲基咪唑中，將以上材料均勻攪拌混合得到纖維素紡絲液；紡絲液中細(xì)菌纖維素的質(zhì)量百分含量為10%，LiFePCM的質(zhì)量百分含量為10%，吐溫-80的質(zhì)量百分含量為1.5%，有機(jī)粘結(jié)劑的質(zhì)量百分含量為2% ；
(2)將制備好的纖維素紡絲液采用濕紡工藝制得細(xì)菌纖維素纖維；
(3)將以上細(xì)菌纖維素纖維經(jīng)液氮浸沒(méi)處理，將經(jīng)液氮處理后的細(xì)菌纖維素纖維放入真空冷凍干燥機(jī)中凍干；
(4)將真空冷凍干燥后的細(xì)菌纖維素纖維放置于馬費(fèi)爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下在6000C?1500°C的條件下進(jìn)行碳化，從而制備出LiFeP04/C納米纖維；
(5)將碳化后的試樣放置在高溫石墨化爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下分別在2200°C?28000C的溫度下進(jìn)行石墨化，形成石墨化LiFeP04/C納米纖維。
[0014]所述的有機(jī)粘結(jié)劑為聚乙二醇。
[0015]實(shí)施例3
本發(fā)明的壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法，包括如下步驟:
Cl)將細(xì)菌纖維素濕膜、LiFeP04、吐溫-80和機(jī)粘結(jié)劑一起混合在氯化1_烯丙基-3-甲基咪唑中，將以上材料均勻攪拌混合得到纖維素紡絲液；紡絲液中細(xì)菌纖維素的質(zhì)量百分含量為8%，LiFePCM的質(zhì)量百分含量為8%，吐溫-80的質(zhì)量百分含量為1.0%，有機(jī)粘結(jié)劑的質(zhì)量百分含量為1.5% ；
(2)將制備好的纖維素紡絲液采用濕紡工藝制得細(xì)菌纖維素纖維；
(3)將以上細(xì)菌纖維素纖維經(jīng)液氮浸沒(méi)處理，將經(jīng)液氮處理后的細(xì)菌纖維素纖維放入真空冷凍干燥機(jī)中凍干；
(4)將真空冷凍干燥后的細(xì)菌纖維素纖維放置于馬費(fèi)爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下在6000C?1500°C的條件下進(jìn)行碳化，從而制備出LiFeP04/C納米纖維；
(5)將碳化后的試樣放置在高溫石墨化爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下分別在2200°C?28000C的溫度下進(jìn)行石墨化，形成石墨化LiFeP04/C納米纖維。
[0016]所述的有機(jī)粘結(jié)劑為聚乙烯醇醇。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將細(xì)菌纖維素濕膜、LiFeP04、吐溫-80和機(jī)粘結(jié)劑一起混合在氯化1_烯丙基-3-甲基咪唑中，將以上材料均勻攪拌混合得到纖維素紡絲液；紡絲液中細(xì)菌纖維素的質(zhì)量百分含量為5-10%，LiFePCM的質(zhì)量百分含量為5_10%，吐溫-80的質(zhì)量百分含量為0.5-1.5%，有機(jī)粘結(jié)劑的質(zhì)量百分含量為0.2-2% ； (2)將制備好的纖維素紡絲液采用濕紡工藝制得細(xì)菌纖維素纖維； (3)將以上細(xì)菌纖維素纖維經(jīng)液氮浸沒(méi)處理，將經(jīng)液氮處理后的細(xì)菌纖維素纖維放入真空冷凍干燥機(jī)中凍干； (4)將真空冷凍干燥后的細(xì)菌纖維素纖維放置于馬費(fèi)爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下在6000C?1500°C的條件下進(jìn)行碳化，從而制備出LiFeP04/C納米纖維； (5)將碳化后的試樣放置在高溫石墨化爐中，在純氬的保護(hù)氣氛下分別在2200°C?28000C的溫度下進(jìn)行石墨化，形成石墨化LiFeP04/C納米纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式發(fā)電機(jī)用細(xì)菌纖維素基納米碳纖維的制備方法，其特征在于:所述的有機(jī)粘結(jié)劑為聚乙烯醇或聚乙二醇。
【文檔編號(hào)】D01F2/00GK104357956SQ201410660707
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】楊歷偉, 黃橋林, 楊高峰, 史敬天, 陳雪, 李朋, 張夢(mèng)雨 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)河南省電力公司濮陽(yáng)供電公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司