专利名称：碳纳米管复合线状结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碳纳米管材料及其制备方法，尤其涉及一种碳纳米管复合线状结构及其制备方法。
背景技术：
自九十年代初以来，以碳纳米管为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。特别地，碳纳米管与其他材料例如金属、半导体或者聚合物等的复合可以实现材料的优势互补或加强。碳纳米管具有较大的长径比和中空的结构，具有优异的力学性能、电学性能、光学性能等，其在复合材料中，可以对复合材料起到增强作用，使得复合材料具有更好的性能。碳纳米管复合材料的研究已经成为一个极为重要的领域。现有技术中的碳纳米管金属复合材料一般包括金属颗粒及碳纳米管，所述金属颗粒与碳纳米管均勻混合分散；或者金属颗粒均勻分散于碳纳米管膜或碳纳米管线中。上述碳纳米管金属复合材料通常采用蒸镀法将金属沉积在碳纳米管材料上或采用化学法将金属颗粒分散在碳纳米管材料中制备的。现有技术中没有提供一种包含金属丝的碳纳米管复合线状结构、该碳纳米管复合线状结构的制备方法，以及制备该碳纳米管复合线状结构的
直ο
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种具有较好的机械性能和韧性的碳纳米管复合线状结构及一种方法比较简单的制备该碳纳米管复合线状结构的方法。一种碳纳米管复合线状结构，包括一导电线状结构及一环绕该导电线状结构设置的碳纳米管层，该碳纳米管层为一连续的层状结构，且由若干碳纳米管组成。—种碳纳米管复合线状结构，其包括若干碳纳米管，其中，进一步包括一导电线状结构，该若干碳纳米管通过范德华力紧密相连环绕该导电线状结构设置。一种碳纳米管复合线状结构，其包括一导电线状结构以及一碳纳米管结构，该碳纳米管结构为一自支撑结构，且缠绕包覆于所述导电线状结构的整个表面。一种碳纳米管复合线状结构的制备方法，其包括以下步骤提供一导电线状结构及一碳纳米管结构；以及将所述碳纳米管结构缠绕于所述导电线状结构的表面。与现有技术相比较，本发明提供的碳纳米管复合线状结构及其制备方法具有以下优点第一，由于碳纳米管具有较好的机械性能及韧性，且具有能增强与其复合的材料的性能的作用，所以，所述碳纳米管复合线状结构中的碳纳米管均勻分布在所述导电线状结构的表面，使得该碳纳米管复合线状结构具有较好的机械性能和韧性。第二，本发明提供的碳
4纳米管复合线状结构通过将碳纳米管结构缠绕在所述导电线状结构的表面来制备，使得该制备方法比较简单，易于实现。
碳纳米管复合线状结构10
制备装置100
金丝12
碳纳米管层14
碳纳米管142
碳纳米管膜15
线轴16
碳纳米管阵列18
供给单元20
支柱22
导向轴24
固定环26
包覆单元30
驱动机构32
传动机构320
第一带轮322
第二带轮324
传动带326
电机328 ；42
轴承33
空心旋转轴34
防松动轴承螺帽342
中心轴344 ； 442
支撑座35
花盘36
支撑台362
遮蔽元件38
容腔382
收集单元40
收集轴44
底座50
凹槽52
定位元件60
定位孔6具体实施例方式下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的碳纳米管复合线状结构、该碳纳米管复合线状结构的制备方法及制备该碳纳米管复合线状结构的装置作进一步的详细说明。本发明提供一种碳纳米管复合线状结构，该碳纳米管复合线状结构包括一导电线状结构以及一环绕该导电线状结构设置的碳纳米管层。该碳纳米管层是连续的层状结构， 且由若干碳纳米管组成，该若干碳纳米管通过范德华力紧密相连，且沿该导电线状结构的轴向环绕该导电线状结构均勻地分布。所述导电线状结构具有支撑所述若干碳纳米管的作用，所以该导电线状结构应具有一定的强度及韧性。所述导电线状结构可以为金属，该金属为单质金属线或单质金属丝。 所述单质金属材料可以为金、银、铜或铝等金属材料。所述导电线状结构的材料也可以为合金材料，如铜锡合金。所述导电线状结构还可以为具有一导电层的复合线状结构，如在铜锡合金表面进一步涂覆一层铝膜；还可以在一纤维丝的表面镀金膜。所述导电线状结构的直径不限，只要该导电线状结构具有一定强度即可，当该导电线状结构为金丝，该金丝的直径可以为18微米；当导电线状结构为铝丝，该铝丝的直径可以为25微米。所述碳纳米管层是由一碳纳米管结构沿所述导电线状结构的轴向紧密缠绕而形成的。该碳纳米管结构为一自支撑结构，且缠绕包覆于该导电线状结构的整个表面；优选地，该碳纳米管结构沿该导电线状结构的轴向螺旋缠绕并包覆于该导电线状结构的表面。 因此，也可以说，所述碳纳米管复合线状结构由所述导电线状结构及缠绕包覆于该导电线状结构整个表面的碳纳米管结构组成。其中，所述碳纳米管结构由若干碳纳米管组成，该若干碳纳米管无序或有序排列。 所谓无序排列是指碳纳米管的排列方向无规则。所谓有序排列是指碳纳米管的排列方向有规则。具体地，当碳纳米管结构包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管相互缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管结构包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿一个方向或者多个方向择优取向排列。所谓“择优取向”是指所述碳纳米管结构中的大多数碳纳米管在一个方向上具有较大的取向几率；即，该碳纳米管结构中的大多数碳纳米管的轴向基本沿同一方向延伸。其中，所述碳纳米管结构为至少一个碳纳米管膜、至少一个碳纳米管线或其组合。所述碳纳米管膜可以为碳纳米管拉膜、碳纳米管碾压膜和碳纳米管絮化膜。请参阅图1，所述碳纳米管拉膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管沿同一方向择优取向排列。该碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基
6本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管拉膜的表面。进一步地，所述碳纳米管拉膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管拉膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述碳纳米管拉膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜置于(或固定于)间隔设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜能够悬空保持自身膜状状态。具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。 因此，不能排除碳纳米管拉膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。具体地，所述碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该若干碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、 均勻性及形状。该碳纳米管拉膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。所述碳纳米管拉膜可通过从碳纳米管阵列直接拉取获得。从碳纳米管阵列中拉取获得所述碳纳米管拉膜的具体方法包括(a)从所述碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片段，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带或粘性基条接触该碳纳米管阵列以选定具有一定宽度的一碳纳米管片段；(b)通过移动该拉伸工具，以一定速度拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出若干碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管拉膜。该若干碳纳米管相互并排使该碳纳米管片段具有一定宽度。当该被选定的碳纳米管片段在拉力作用下沿拉取方向逐渐脱离碳纳米管阵列的生长基底的同时，由于范德华力作用，与该选定的碳纳米管片段相邻的其它碳纳米管片段首尾相连地相继地被拉出，从而形成一连续、均勻且具有一定宽度和择优取向的碳纳米管拉膜。可以理解，通过将若干碳纳米管拉膜平行且无间隙共面铺设或/和层叠铺设，可以制备不同面积与厚度的碳纳米管膜。每个碳纳米管拉膜的厚度可为0.5纳米 100微米。 当碳纳米管膜包括多个层叠设置的碳纳米管拉膜时，相邻的碳纳米管拉膜中的碳纳米管的排列方向形成一夹角α，0° < α <90°。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见 2010年5月沈日公开的，公开号为CN101239712B的中国发明专利说明书。所述碳纳米管碾压膜包括均勻分布的若干碳纳米管，该若干碳纳米管无序、沿同一方向或不同方向择优取向排列，该若干碳纳米管的轴向沿同一方向或不同方向延伸。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管相互部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结合。所述碳纳米管碾压膜可通过碾压一碳纳米管阵列获得。该碳纳米管阵列形成在一基体表面，所制备的碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与该碳纳米管阵列的基体的表面成一夹角β，其中， β大于等于0度且小于等于15度(0° < β < 15° )。优选地，所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管的轴向基本平行于该碳纳米管碾压膜的表面。依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。该碳纳米管碾压膜的面积和厚度不限，可根据实际需要选择。该碳纳米管碾压膜的面积与碳纳米管阵列的尺寸基本相同。该碳纳米管碾压膜厚度与碳纳米管阵列的高度以及碾压的压力有关，可为1微米 100微米。所述碳纳米管碾压膜及其制备方法请参见2008年12月3日公开的，公开号为CN101314464A的中国发明专利申请公开说明书。所述碳纳米管絮化膜包括相互缠绕的碳纳米管，该碳纳米管长度可大于10厘米。 所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。所述碳纳米管絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管为均勻分布，无规则排列，形成大量的微孔结构。可以理解，所述碳纳米管絮化膜的长度、宽度和厚度不限，可根据实际需要选择，厚度可为1微米 100微米。所述碳纳米管絮化膜及其制备方法请参见2010年5月15日公开的，
发明者范守善, 魏洋 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司