随着科学技术的发展,纳米材料正在以各种各样的方式融入到人们的生活,同时人们对材料的使用要求也更加地严格和多样化,人们希望材料能够更加轻便、安全、多功能化的在生活中发挥作用。作为纳米材料中的一员碳纳米管(CNTs)在最近几年随着科研人员研究的不断深入,在许多方面都取得了很大进展。本文主要研究了一种制备宏观CNTs纤维的方法,然后对所制备的CNTs纤维作为电极材料在电弧中的应用进行探究;并且与传统电热材料(镍铬金属丝)进行加热对比实验,探究CNTs纤维作为新型电热材料的可行性,主要研究结果如下:(1)通过将CNTs筒状物两端固定在两个电机的轴端,设定电机的加捻速度可以制备出较长的CNTs纤维,然后将CNTs纤维穿过拉丝模孔,可制备出具有较强柔韧性,较低密度的CNTs纤维,可以承受弯曲而不损坏。制备的CNTs纤维经拉曼检测结果显示IG/ID的值为6.9,表明该CNTs纤维具有较高的石墨化程度。(2)在30 V的较低电压下,分别连接正负极的CNTs纤维与金属丝在接触区域可产生电弧,这比单纯由金属材料在通电的情况下相互接触产生电弧的电压要低很多,且产生电弧的强度足够大,以至放出大量的热可将金属电极熔化。在电弧反应之后,CNTs的结晶度只有轻微变化。实验表明,CNTs纤维在电弧实验中可以反复多次使用。实验中产生如此高强度的电弧表明CNTs纤维作为电极材料在焊接、熔化金属、或其他相关领域有一定的应用潜力。(3)在低于20 V的电压下,CNTs纤维作为加热丝随着电压的增加会发出越来越强烈的红外光,且加热丝的温度也越来越高,说明其独特的微观组织对作为加热材料具有很大的优势;并且由于CNTs纤维拥有优异的热传导性能,在断开电源的瞬间,CNTs纤维会立即从红热状态变回本来的黑色,且多次使用后发光发热效果几乎不变,说明其作为加热材料具有很稳定的循环使用性能。(4)在相同的电压下,5 cm长的CNTs纤维与50 cm长的镍铬合金丝在同样的9 V电压下有着大致相同的加热效果,主要是因为CNTs纤维单位长度的电阻值较大,虽然尺寸上与镍铬丝相差较大,但不影响其加热效果,考虑到CNTs纤维质量较轻、柔性好,其加热效果要比传统的镍铬加热丝要好,预示着其在柔性电热材料领域有一定的应用前景。(5)CNTs纤维的加热效果主要受其电阻的影响,由于CNTs本身微观上是由多孔的网状结构所构成,不像金属般致密,因而密度对其作为电热材料还是重要的影响因素。实验中用不同密度的CNTs纤维分别加热100 ml蒸馏水,密度较大的CNTs纤维加热效果更好,主要原因是密度较大的CNTs纤维其内部包含更多的CNTs束,使得电子有更多的通道流通,降低电阻,在同样的电压下,加热功率更大,从而加热更快。所以CNTs纤维的密度越大,其作为电热材料的加热效果越好。