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關鍵詞：纖維素納米纖維， CNF，單壁碳納米管，SWNT，復合材料制備，三輥機，物聯網智能三輥機

CNF/SWNT 復合材料通常被稱為‌纖維素納米纖維/單壁碳納米管復合材料‌。該復合材料由 纖維素納米纖維 （CNF）和 單壁碳納米管 （SWNT）組成。通過三輥研磨和濕紡工藝制備，具有高強度、優異導電性和導熱性，廣泛應用于人造肌肉、電子紡織品等領域。另外，該復合材料也在鋰空氣電池、應變傳感器 等領域展現出過人的潛力，通過優化工藝可進一步提升產品性能。

纖維素納米纖維（Cellulose Nanofibers，簡稱 CNF）是一種源自天然纖維素的高性能納米材料。具有比強度高、柔韌性好的特點，具備優異的增強能力；表面羥基豐富，易于與多種基材復合；比表面積可達 200-300m²/g，能在基體中形成高度分散的增強網絡；可再生、生物降解，綠色環保。廣泛應用于復合材料、生物醫學、電子器件和涂料等領域。

單壁碳納米管（Single-Walled Carbon Nanotubes，簡稱 SWCNT）是由單層碳原子以六邊形網格結構卷曲形成的無縫中空納米級管狀材料，是碳納米管的基礎類型之一。抗拉強度約為鋼的 100 倍，密度僅為鋼的 1/6，兼具高強度與輕量化特性。用于制造柔性導電膜、場效應晶體管、透明電極（替代 ITO）等。

然而，用CNFs和SWNTs制造工藝完整的復合材料在技術上是困難的。有人通過超聲波處理，在低濃度CNF懸浮液（約0.1 wt%）中分散SWNTs，但是很少有人研究在高濃度CNF懸浮液（約1 wt%）中分散SWNTs。我們通過TRILOS三輥研磨和濕紡紡絲，采用無表面活性劑、可擴展、高效的工藝，不僅可以直接構建包裹SWNTs的納米纖維素網絡，還可以實現構件之間的單向連接，從而獲得高性能的結構材料。

實驗過程

1. CNF懸浮液的制備

用漂白木纖維制備CNF懸浮液，纖維素的含量>90%。木漿纖維由TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基）進行化學處理。首先，用機械攪拌，將5g纖維素漿懸浮在500ml水中10分鐘。然后，將TEMPO（90 mg）和溴化鈉（500 mg）加入纖維素漿。隨后，將次氯酸鈉（NaClO）（30 g）逐滴添加到劇烈攪拌的纖維素漿中。加入0.1 M氫氧化鈉（NaOH）溶液，使懸浮液的pH值保持恒定為10，直到pH沒有變化。化學預處理后，用去離子水清洗木漿纖維至少五次。采用高壓均質機處理三次后，得到濃度為1wt%的懸浮液。

2. 碳納米管的分散

將SWNT粉末超聲分散到CNF懸浮液中10分鐘，然后使用TRILOS TR80A三輥機，通過將間隙從10μm控制到1μm，研磨20分鐘來進一步分散。利用了相鄰旋轉輥間的高剪切力和高強度應力，以及間隙的逐漸減小，將SWNT分散到濃度為1wt%的CNF懸浮液中，獲得CNF/SWNT懸浮液。

加工設備： TRILOS TR80A型三輥機  氧化鋯輥筒+合金鋼刮刀

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