碳纳米管复合线的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种碳纳米管复合线的制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳纳米管是一种由石墨帰片卷成的中空管状物。碳纳米管具有优异的力学、热学 及电学性质，其应用领域非常广阔。例如，碳纳米管可用于制作场效应晶体管、原子力显微 镜针尖、场发射电子枪、纳米模板等。上述技术中碳纳米管的应用主要是碳纳米管在微观尺 度上的应用，操作较困难。因此，使碳纳米管具有宏观尺度的结构并在宏观上应用具有重要 意义。
[0003] 姜开利等人于2002年成功地从一碳纳米管阵列拉取获得一具有宏观尺度的碳纳 米管线，具体请参见文献"SpinningContinuousCarbonNanotubeYarns",化 1:ure，V4l9， P801。所述碳纳米管线由多个首尾相连且基本沿同一方向择优取向排列的碳纳米管组成。
[0004] 然而，由所述制备方法所制备的碳纳米管线中碳纳米管之间的结合力较弱，因此， 所述碳纳米管线的机械性能还需进一步提高。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种机械性能较高的碳纳米管复合线的制备方法。
[0006] 一种碳纳米管复合线的制备方法，包括W下步骤：提供一碳纳米管阵列；从所述 一碳纳米管阵列直接拉伸出一悬空设置的碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管首 尾相连地沿所述拉伸方向延伸；W及利用一含石墨帰片或氧化石墨帰的溶液处理所述悬空 设置的一碳纳米管膜，获得一碳纳米管复合线。
[0007] 与现有技术相比，本发明所提供的碳纳米管复合线的制备方法中，将碳纳米管膜 经过添加有表面活性剂的石墨帰片溶液或氧化石墨帰溶液的浸润，所述石墨帰片溶液或 氧化石墨帰溶液中的有机溶剂挥发时，在有机溶剂表面张力的作用下，所述碳纳米管膜在 收缩成碳纳米管线的同时，石墨帰片溶液或氧化石墨帰溶液中的石墨帰片或氧化石墨帰随 着碳纳米管膜的收缩而均匀分散在该碳纳米管线中，最终形成碳纳米管复合线。所述表面 活性剂使石墨帰片或氧化石墨帰与首尾相连的碳纳米管之间形成化学键，该化学键类似 "氨键"，比范德华力的作用力强，从而提高了碳纳米管复合线的机械性能。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明第一实施例提供的碳纳米管复合线的制备方法的工艺流程图。
[0009] 图2为本发明第一实施例提供的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
[0010] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0011] 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的制备方法作进 一步的详细说明。
[0012] 请参见图1，本发明实施例提供一种碳纳米管复合线26的制备方法，包括W下步 骤： S10,提供一碳纳米管阵列20 ; S11，采用一拉伸工具30从所述碳纳米管阵列20拉取一碳纳米管膜22 ; S12,利用一石墨帰片溶液或氧化石墨帰溶液40处理所述碳纳米管膜22,获得一碳纳 米管复合线26。
[0013] 步骤Sio中，所述碳纳米管阵列20优选为超顺排碳纳米管阵列20,该超顺排碳纳 米管阵列20的制备方法采用化学气相沉积法，其具体包括W下步骤；（a)提供一平整生长 基底10,该生长基底10可选用P型或N型娃生长基底10,或选用形成有氧化层的娃生长基 底10,本发明实施例优选为采用4英寸的娃生长基底10 ;(b)在生长基底10表面均匀形 成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁（Fe)、钻（Co)、媒（Ni)或其任意组合的合金之一； (C)将上述形成有催化剂层的生长基底10在70(TC、0(TC的空气中退火约30分钟、0分 钟；（d)将处理过的生长基底10置于一反应炉中，在保护气体环境下加热到50(TC^74(TC， 然后通入碳源气体反应约5分钟^30分钟，生长得到碳纳米管阵列20。
[0014] 该碳纳米管阵列20为多个彼此平行且垂直于生长基底10生长的碳纳米管形成的 纯碳纳米管阵列20。可W理解，所述多个碳纳米管垂直于碳纳米管阵列20的表面。通过上 述控制生长条件，该碳纳米管阵列20中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属 颗粒等。本实施例中碳源气可选用己快等化学性质较活泼的碳氨化合物，保护气体可选用 氮气、氨气或惰性气体。
[0015] 步骤Sll中，采用一拉伸工具30从所述碳纳米管阵列20中拉取碳纳米管获得碳 纳米管膜22的步骤为；（a)从所述碳纳米管阵列20中选定一个或多个碳纳米管，优选为 采用具有一定宽度的胶带、綴子或夹子接触碳纳米管阵列20W选定一个或多个碳纳米管； (b)W-定速度拉伸该选定的碳纳米管，从而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成 一连续的碳纳米管膜22。该拉伸方向沿垂直于所述碳纳米管阵列20的生长方向。
[0016] 在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离生长 基底10的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片段分别与其它碳纳米管片段 首尾相连地连续地被拉出，从而形成一连续、均匀且具有一定宽度的碳纳米管膜22。所述碳 纳米管膜22包括多个均匀分布的碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连，且沿 同一方向延伸并平行于碳纳米管膜22的表面，如图2所示。
[0017] 所述碳纳米管膜22在拉伸及经过所述石墨帰片溶液或氧化石墨帰溶液的处理时 均处于悬空设置。具体地，所述碳纳米管膜22的一端连接于所述碳纳米管阵列20,另一端 连接于拉伸工具30或一收集工具。该收集工具用于收集所述碳纳米管复合线。
[0018] 步骤S12中，所述石墨帰片溶液通过将石墨帰片分散于一溶剂中获得。本实施例 中，该石墨帰片溶液的制备方法具体包括；提供一定量石墨帰片；将该石墨帰片置入一溶 剂中形成一混合物；超声振荡该混合物，使石墨帰片均匀分散并悬浮在该溶剂中从而获得 一石墨帰片溶液。本实施例中，该混合物在超声振荡仪中振荡约15分钟。可W理解，还可采 用其它方法分散该石墨帰片，如采用机械揽拌的方法揽拌该石墨帰片与该溶剂的混合物。
[0019] 所述溶剂应选择为利于石墨帰片分散，且能够完全挥发的低分子量有机溶剂，女口 己醇、甲醇、丙丽、二氯己焼和氯仿中一种或者几种的混合。本实施例中，该溶剂为己醇。可 W理解，该溶剂仅起到均匀分散石墨帰片的作用，故该溶剂应不与该石墨帰片发生反应，女口 发生化学反应或使石墨帰片溶解于溶剂中。
[0020] 该石墨帰片由单层或多层石墨帰（graphene)组成。优选地，该石墨帰片溶液中的 石墨帰片的层数为5(T100层。该石墨帰片的尺寸为100纳米至1微米。该石墨帰片在该 石墨帰片溶液中的浓度为20% (体积百分含量）至80%。
[0021] 所述氧化石墨帰溶液由粉末状的氧化石墨帰分散于所述溶剂中而得，所述溶剂为 己醇、甲醇、丙丽、二氯己焼和氯仿中一种或者几种的混合。本实施例中，所述溶剂为己醇。 所述氧化石墨帰溶液的浓度为15%(体积百分含量）至70%。本实施例中，所述所述氧化石 墨帰溶液的浓度为2mg/ml。
[0022] 利用石墨帰片溶液或氧化石墨帰溶液40浸润所述碳纳米管膜22,待溶剂挥发后， 所述碳纳米管膜22收缩成一碳纳米管复合线26的具体步骤为：请参见图1，在所述碳纳米 管膜22的一侧斜上方放置一第一容器42,其用于盛装处理碳纳米管膜22的石墨帰片溶液 或氧化石墨帰溶液40。该第一容器42具有一流道44,该流道44有一通孔46,用于给碳纳 米管膜22供给石墨帰片溶液或氧化石墨帰溶液40。将所述碳纳米管膜22收挽并使其穿过 所述通孔46,石墨帰片溶液或氧化石墨帰溶液40从流道44流出，同时将碳纳米管膜22从 流道44的通孔46连续拉伸出，使碳纳米管膜22在流道44的通孔46处被石墨帰片溶液或 氧化石墨帰溶