碳纳米管复合导线的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种碳纳米管复合导线包括：一碳纳米管单纱，该碳纳米管单纱由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱轴向旋转加捻构成，该碳纳米管单纱的捻度为10转/厘米到300转/厘米，该碳纳米管单纱的直径为1微米到30微米；以及一金属层，包覆于所述碳纳米管单纱的外表面，该金属层厚度为1微米到5微米。
【专利说明】碳纳米管复合导线
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种超细导线，尤其是一种超细的碳纳米管复合导线。
【背景技术】
[0002]超细导线具有广泛的用途，现有技术中的超细导线通常采用金属或合金。然而，当由金属或合金作成的超细导线的直径达到微米级时，例如I微米-50微米，其抗拉强度会显著降低，难以满足实际应用的要求。
[0003]碳纳米管由于具有良好的机械性能，也广泛应用于超细导线。现有技术中的碳纳米管线，是由多个微观的碳纳米管相互连接，从而形成宏观的超细导线。由碳纳米管形成的超细导线虽然具有较高的机械强度，但是，在碳纳米管之间的连接处具有很高的电阻，因此,难以满足导电性方面的要求。
[0004]为了提高所述碳纳米管线的导电性能，有人提出将碳纳米管线的表面形成一厚度为I?50纳米的金属层以提高其导电性。由于所述金属层具有较小的厚度，一方面，在使用时该金属层易氧化，故耐用性低；另一方面，其导电性虽然与纯的碳纳米管线有一定的提高，但相对于纯金属线仍然相差数个数量级，导电性有待进一步提高。
实用新型内容
[0005]有鉴于此，确有必要提供一种具有较好耐用性及较高导电性能的碳纳米管复合导线。
[0006]一种碳纳米管复合导线包括:一碳纳米管单纱，该碳纳米管单纱由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱轴向旋转加捻构成，该碳纳米管单纱的捻度为10转/厘米到300转/厘米，该碳纳米管单纱的直径为I微米到30微米；以及一金属层，包覆于所述碳纳米管单纱的外表面，该金属层厚度为I微米到5微米。
[0007]在一个实施例中，所述碳纳米管单纱的直径小于10微米，所述碳纳米管单纱的捻度为250转/厘米到300转/厘米。
[0008]在另一个实施例中，所述碳纳米管单纱的直径为25微米到30微米，所述碳纳米管单纱的捻度为100转/厘米到150转/厘米。
[0009]在另一个实施例中，所述碳纳米管单纱的直径为10微米到20微米，所述碳纳米管单纱的捻度为200转/厘米到250转/厘米。
[0010]在一个实施例中，每一碳纳米管与该碳纳米管的径向方向上相邻的碳纳米管之间的间距小于等于10纳米。
[0011]在另一个实施例中，每一碳纳米管与该碳纳米管的径向方向上相邻的碳纳米管之间的间距小于等于5纳米。
[0012]与现有技术相比较，由本实用新型提供的碳纳米管复合导线具有以下优点，其一，由于金属层具有较大的厚度，故该金属层具有较好的抗氧化性能及耐用性能，另外，所述碳纳米管复合导线在使用时，该金属层可以起主要的导电作用，即，电流主要通过碳纳米管复合导线的表层传导，即通过金属层传导，形成类似驱肤效应，故，可以显著提高所述碳纳米管复合导线的电导率；其二，通过优化所述碳纳米管单纱的直径和捻度，从而可以显著提高所述碳纳米管复合导线的机械性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型实施例提供的碳纳米管复合导线的结构示意图。
[0014]图2为本实用新型实施例提供的碳纳米管复合导线中的拉伸应力曲线。
[0015]主要元件符号说明
[0016]碳纳米管复合导线100
[0017]碳纳米管单纱 10
[0018]金属层12
[0019]如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本实用新型。
【具体实施方式】
[0020]请参照图1，本实用新型提供一碳纳米管复合导线100，包括一碳纳米管单纱10以及一包覆于所述碳纳米管单纱10外表面的金属层12。
[0021]所述碳纳米管单纱10由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱10的轴向旋转加捻组成。所述碳纳米管单纱10可以通过从一碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米管线，并将所述碳纳米管线的两端相对回转形成。所述碳纳米管线的两端可以沿顺时针方向回转，从而形成S捻；所述碳纳米管线的两端可以沿逆时针方向回转，从而形成Z捻。由于从碳纳米管阵列中直接拉取获得的碳纳米管线中的碳纳米管基本沿所述碳纳米管线的轴向延伸，且在所述碳纳米管线的轴向方向通过范德华力首尾相连。故，在将所述碳纳米管线的两端相对回转的过程中，该碳纳米管线中的碳纳米管会沿碳纳米管线的轴向方向螺旋状排列，且在延伸方向通过范德华力首尾相连，进而形成所述碳纳米管单纱10。另外，在将所述碳纳米管线的两端相对回转的过程中，所述碳纳米管线中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距会变小，接触面积增大，从而使所述碳纳米管单纱10中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的范德华力显著增加，并紧密相连。所述碳纳米管单纱10中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距小于等于10纳米。优选地，所述碳纳米管单纱10中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距小于等于5纳米。更优选地，所述碳纳米管单纱10中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距小于等于I纳米。由于所述碳纳米管单纱10中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距较小且通过范德华力紧密相连，故，所述碳纳米管单纱10具有光滑且致密的表面结构。
[0022]所述碳纳米管单纱10的直径为I微米到30微米。所述碳纳米管单纱10的捻度为10转/厘米到300转/厘米。所述捻度是指单位长度碳纳米管线回转的圈数。当所述碳纳米管单纱10的直径确定时，适当的捻度可以使所述碳纳米管单纱10具有较好的机械性能。这是由于，随着捻度的增加，所述碳纳米管单纱10中沿径向方向相邻的碳纳米管之间间距的降低，从而使沿径向方向相邻的碳纳米管之间的作用力会增强；但是，当捻度过大时，所述碳纳米管单纱10中沿轴向方向相邻的碳纳米管之间的作用力反而会降低。当所述碳纳米管单纱10的直径小于10微米时，所述碳纳米管单纱10的捻度优选为250转/厘米到300转/厘米；而当所述碳纳米管单纱10的直径为10微米到20微米时，所述碳纳米管单纱10的捻度优选为200转/厘米到250转/厘米；而当所述碳纳米管单纱10的直径为25微米到30微米时，所述碳纳米管单纱10的捻度优选为100转/厘米到150转/厘米。所述碳纳米管单纱10的机械强度可以达到相同直径的金线的机械强度的5-10倍。本实施例中，所述碳纳米管单纱10的直径约为25微米，且其捻度约为100转/厘米。
[0023]由于所述碳纳米管单纱10具有光滑且致密的表面结构，故，所述金属层12可以和所述碳纳米管单纱10形成良好的结合，不易脱落。所述金属层12均匀的包覆于所述碳纳米管单纱10的外表面，其厚度为I微米到5微米。当所述金属层12的厚度为I微米到5微米时，所述碳纳米管复合导线100的电导率可以到达所述金属层12中金属的电导率的50%以上。当所述金属层12的厚度太小时，例如小于I微米，一方面不能显著提高所述碳纳米管复合导线100的电导率，另一方面，还会使得该金属层12在使用时容易被氧化，进一步降低所述碳纳米管复合导线100的电导率及使用寿命。另外，实验证明当所述金属层12的厚度大于一定值时，例如大于5微米，所述碳纳米管复合导线100的电导率不但不会显著增加，还会额外增加所述碳纳米管复合导线100的直径。所述金属层12的材料可以为金、银、铜等导电性较好的金属或合金。本实施例中，所述金属层12为厚度约为5微米的铜，从而使该碳纳米管复合导线100的电导率可以达到4.39X 107S/m，为金属铜的电导率的75%左右。请参照图2，本实施例中，所述碳纳米管复合导线100的直径约为35微米，其拉伸应力可以达到900MPa以上，为相同直径下金线的9倍左右。另外，从图中2还可以看出所述碳纳米管复合导线100的拉伸应变率为3%左右。
[0024]所述金属层12可以通过电镀、化学镀、蒸镀等方法形成于所述碳纳米管单纱10的外表面，进而形成所述碳纳米管复合导线100。
[0025]本实用新型提供的碳纳米管复合导线通过同时优化所述碳纳米管单纱的直径和捻度以及所述金属层的厚度，从而使所述碳纳米管复合导线同时具有良好的力学和机械性能。具体地，首先，通过优化所述金属层的厚度，从而可以使所述金属层具有较好的抗氧化性能及耐用性能；其次，由于所述金属层具有较大的厚度，因此，所述碳纳米管复合导线在使用时，所述金属层起主要的导电作用，即，电流主要通过碳纳米管复合导线的表层传导，即通过金属层传导，形成类似驱肤效应，故，可以显著提高所述碳纳米管复合导线的电导率；最后，通过优化所述碳纳米管单纱的直径和捻度，从而可以显著提高所述碳纳米管复合导线的机械性能。另外，所述碳纳米管复合导线在使用时，即使所述金属层被高温熔断，由于碳纳米管具有良好的耐热性能，所述碳纳米管单纱也不会轻易断路，从而还可以使所述碳纳米管复合导线保持通路状态，进而提高所述碳纳米管复合导线的耐用性。
[0026]另外，本领域技术人员还可以在本实用新型精神内做其它变化，这些依据本实用新型精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围内。
【权利要求】
1.一种碳纳米管复合导线，其特征在于，包括: 一碳纳米管单纱，该碳纳米管单纱由多个碳纳米管沿该碳纳米管单纱轴向旋转加捻形成，该碳纳米管单纱的捻度为10转/厘米到300转/厘米，该碳纳米管单纱的直径为I微米到30微米；以及 一金属层，包覆于所述碳纳米管单纱的外表面，该金属层厚度为I微米到5微米。
2.如权利要求1所述的碳纳米管复合导线，其特征在于，所述碳纳米管单纱的直径小于10微米，所述碳纳米管单纱的捻度为250转/厘米到300转/厘米。
3.如权利要求1所述的碳纳米管复合导线，其特征在于，所述碳纳米管单纱的直径为25微米到30微米，所述碳纳米管单纱的捻度为100转/厘米到150转/厘米。
4.如权利要求1所述的碳纳米管复合导线，其特征在于，所述碳纳米管单纱的直径为10微米到20微米，所述碳纳米管单纱的捻度为200转/厘米到250转/厘米。
5.如权利要求1所述的碳纳米管复合导线，其特征在于，所述碳纳米管单纱为S捻或Z捻。
6.如权利要求1所述的碳纳米管复合导线，其特征在于，所述碳纳米管单纱中的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合。
7.如权利要求1所述的碳纳米管复合导线，其特征在于，所述碳纳米管与其延伸方向上相邻的碳纳米管之间通过范德华力首尾相连。
8.如权利要求6所述的碳纳米管复合导线，其特征在于，每一碳纳米管与该碳纳米管的径向方向上相邻的碳纳米管之间的间距小于等于10纳米。
9.如权利要求8所述的碳纳米管复合导线，其特征在于，每一碳纳米管与该碳纳米管的径向方向上相邻的碳纳米管之间的间距小于等于5纳米。
10.如权利要求1所述的碳纳米管复合导线，其特征在于，所述碳纳米管单纱具有光滑且致密的表面结构。
【文档编号】H01B1/04GK204066767SQ201420199189
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】潜力, 王昱权 申请人:北京富纳特创新科技有限公司