結(jié)合碳顆粒纖維的方法及含有碳顆粒的玻璃纖維的制作方法
【專利說明】結(jié)合碳顆粒纖維的方法及含有碳顆粒的玻璃纖維
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2005年2月25日、申請(qǐng)?zhí)枮?00510052422.4、發(fā)明名稱為“結(jié)合碳顆粒纖維的方法及含有碳顆粒的玻璃纖維”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及碳顆粒，比如碳納管微粒(carbon nanotube molecules)和碳微絲，以及更具體地涉及結(jié)合碳顆粒成為纖維，在其中碳顆粒是對(duì)齊的。
【背景技術(shù)】
[0003]碳顆粒，比如碳納管微粒和碳微絲具有一系列很需要的性能，包括電性能、力學(xué)性能和熱傳導(dǎo)性能。然而，顆粒是較短的，例如，最長(zhǎng)的顆粒的數(shù)量級(jí)為數(shù)微米。不幸的是這樣的長(zhǎng)度對(duì)于能證明碳顆粒是有利的各種用途通常并不適宜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明人已知道，按照本發(fā)明的原理，碳顆粒，比如碳微絲和碳納管微?？梢允褂弥圃旃鈱W(xué)纖維方法派生的方法結(jié)合成為對(duì)齊的纖維。更具體地，碳顆粒是埋入玻璃內(nèi)，它隨后拉伸以使它們對(duì)齊。使碳顆粒對(duì)齊意味著在一個(gè)局部附近區(qū)域內(nèi)每個(gè)不同的顆粒沿著最長(zhǎng)尺寸的軸線是基本上平行的。
[0005]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，碳顆粒是碳納管微粒，以及一個(gè)開始的混合物是借助分散碳納管微粒在溶膠-凝膠溶液內(nèi)形成，該溶液是液體玻璃的一種形式。一種酯添加入混合物，使混合物固結(jié)為一個(gè)玻璃體，玻璃體可能是多孔的。此時(shí)，玻璃體內(nèi)可以任選地灌注一種或多種其它材料，以影響玻璃體的性能，從而有利于纖維的處理或最終的性能。玻璃體可以隨后加熱以固結(jié)，即除去某些或全部可能有的微孔，從而形成一個(gè)固結(jié)玻璃體。加熱可以在一種氣體的參與下進(jìn)行，例如保持固結(jié)玻璃體遠(yuǎn)離氧。固結(jié)玻璃體隨后拉伸成為一條纖維。拉伸為一條纖維可以借助插入固結(jié)玻璃體到一個(gè)帶有一個(gè)孔的較大的玻璃體(例如，一段玻璃管)內(nèi)，該孔能夠接收固結(jié)玻璃體。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，多個(gè)固結(jié)玻璃體可以放置在較大的玻璃體內(nèi)，如果這個(gè)較大玻璃體具有多個(gè)孔，至少對(duì)每個(gè)固結(jié)玻璃體有一個(gè)孔。包括至少一個(gè)固結(jié)玻璃體的較大玻璃體隨后繼續(xù)固結(jié)，例如通過加熱，從而使固結(jié)玻璃體與較大玻璃體融合為一個(gè)單一的所謂的“預(yù)制件”。
[0006]預(yù)制件隨后使用普通的光學(xué)纖維技術(shù)拉伸，成為一條玻璃纖維，該玻璃纖維具有至少一個(gè)碳納管纖維在其中，例如，對(duì)于每個(gè)固結(jié)玻璃體有一條纖維放置在較大玻璃體內(nèi)。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，當(dāng)含有碳納管微粒的玻璃纖維拉伸時(shí)，來(lái)自每個(gè)固結(jié)玻璃體的碳納管微粒，分別地對(duì)齊和連接到一起以形成在玻璃纖維內(nèi)的每條碳納管纖維。任選地，如果需要含有碳納管纖維的玻璃纖維可以扭轉(zhuǎn)并再加熱，以便于扭轉(zhuǎn)，引起碳納米管纖維并朝玻璃纖維的軸線拉伸，從而使在碳納管纖維之間和之內(nèi)的某些玻璃被排擠。最后，優(yōu)選地，包覆碳納管纖維的部分或全部可以除去，例如，使用化學(xué)或機(jī)械方法，或用兩者的結(jié)合處理。
[0007]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，碳顆粒是碳微絲。
[0008]在本發(fā)明的又另一實(shí)施例中，碳微絲和碳納管微粒同時(shí)使用以制造一個(gè)單一的纖維。
[0009]在本發(fā)明的又另一實(shí)施例中，碳微絲使用于制造一條纖維，以及碳納米管微粒使用于制造另一條纖維，以及兩條纖維在任選的扭轉(zhuǎn)階段內(nèi)扭轉(zhuǎn)。
【附圖說明】
[0010]在附圖中:
[0011]圖1示出按照本發(fā)明的原理用于結(jié)合碳顆粒成為對(duì)齊的纖維的一個(gè)典型過程；
[0012]圖2示出一個(gè)典型的固結(jié)玻璃體，帶有碳微粒分散在其中；
[0013]圖3示出多個(gè)固結(jié)玻璃體，各玻璃體放置在一個(gè)較大玻璃體的一個(gè)相應(yīng)的孔內(nèi)；
[0014]圖4示出一個(gè)預(yù)制件，其中拉伸過程已開始，以便制出在玻璃纖維內(nèi)的對(duì)齊的碳顆粒纖維；
[0015]圖5示出對(duì)齊的碳顆粒纖維的扭轉(zhuǎn)以及最終的結(jié)合的扭轉(zhuǎn)對(duì)齊碳顆粒纖維；以及
[0016]圖6示出一個(gè)結(jié)合的扭轉(zhuǎn)對(duì)齊碳顆粒纖維，一部分玻璃已被除去。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面僅說明本發(fā)明的原理。因此可以理解，本領(lǐng)域的熟練人員能夠設(shè)想各種不同的安排，雖然沒有明確地在此處說明或示出，這些不同的安排也體現(xiàn)本發(fā)明的原理也包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。再者，此處列舉的全部實(shí)例和有限制的語(yǔ)言原則上僅作為教學(xué)目的有意地表達(dá)，以幫助讀者了解本發(fā)明的原理以及發(fā)明人對(duì)本領(lǐng)域發(fā)展的貢獻(xiàn)的概念，以及構(gòu)造為不限制在這些特別列舉的實(shí)例和條件。并且，全部此處列舉的本發(fā)明的原理，方面和實(shí)施例以及其特定的實(shí)例有意地包括它們的結(jié)構(gòu)和功能的等同物。此外，有意地使這些等同物包括現(xiàn)在已知的等同物，以及未來(lái)發(fā)展的等同物，即不管其結(jié)構(gòu)如何，包括執(zhí)行相同功能而發(fā)展的任何元件。
[0018]因此，例如本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，此處的附圖可以代表實(shí)施本發(fā)明原理的概念圖。
[0019]在權(quán)利要求書中，作為實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定功能的一個(gè)方式表達(dá)的任何元件有意地包括實(shí)現(xiàn)此功能的任何途徑，例如，包括a)實(shí)現(xiàn)此功能的電路元件的一個(gè)結(jié)合，或b)任何形狀的軟件，包括與正確的電路相結(jié)合用于使軟件執(zhí)行功能的固件，微碼等。這些權(quán)利要求限定的本發(fā)明屬于這樣的事實(shí)，由所列舉方法提供的功能度是以權(quán)利要求要求的方式組合和結(jié)合到一起。申請(qǐng)人因此將能提供這些功能度的任何方法列為這里所示的等同物。
[0020]除非另有明確的說明，附圖不是按照比例繪制的。同時(shí)提交的申請(qǐng)，美國(guó)專利申請(qǐng)系列號(hào)No (Case Crey wal1-Yurke XX)在此完全結(jié)合作為參考。
[0021 ] 在說明書中不同附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
[0022]圖1示出按照本發(fā)明原理的一個(gè)典型過程，使用制造光學(xué)纖維方法派生的方法，用于結(jié)合碳顆粒，比如碳微絲，碳納管微粒成為對(duì)齊的纖維。“對(duì)齊”意味在一個(gè)局部附近區(qū)域內(nèi)每個(gè)不同的顆粒沿著最長(zhǎng)尺寸的軸是基本上平行的。
[0023]圖1的過程由步驟101開始，這時(shí)碳顆粒分散在玻璃體內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，達(dá)到這點(diǎn)是通過分散碳顆粒，例如碳納管微粒，碳微絲或兩者的結(jié)合在一個(gè)溶膠-凝膠溶液內(nèi)，該溶液是液體玻璃的一種形式，這樣形成一個(gè)開始混合物，在此之后，一種酯添加至混合物中，使混合物固結(jié)為一個(gè)玻璃體，該玻璃體可能是多孔的。此時(shí)，玻璃體可以任選地灌注一種或多種其它材料，以影響玻璃體的性能，從而有利于纖維的處理或最終性能。玻璃體可以隨后加熱以固結(jié)，即消除某些或全部可能有的微孔，從而形成一個(gè)固結(jié)玻璃體。加熱可以在一種氣體的參與下進(jìn)行，例如，保持固結(jié)玻璃體遠(yuǎn)離氧。圖