线缆的制作方法_3

文档序号:9490369阅读:来源:国知局
r>[0047]步骤三:形成至少一层导电材料附着于所述碳纳米管结构214表面,形成一碳纳米管线状结构222。
[0048]所述形成至少一层导电材料附着于所述碳纳米管结构214表面的方法可采用物理方法,如物理气相沉积法(PVD)包括真空蒸镀或离子溅射等,也可采用其他成膜方法,如化学方法,包括电镀或化学镀等。优选地,本实施例采用物理方法中的真空蒸镀法形成所述导电材料附着于所述碳纳米管结构214表面。
[0049]所述采用真空蒸镀法形成至少一层导电材料的方法包括以下步骤:首先,提供一真空容器210,该真空容器210具有一沉积区间,该沉积区间底部和顶部分别放置至少一个蒸发源212,该至少一个蒸发源212按形成至少一层导电材料的先后顺序依次沿碳纳米管结构的拉伸方向设置,且每个蒸发源212均可通过一个加热装置(图未示)加热。上述碳纳米管结构214设置于上下蒸发源212中间并间隔一定距离,其中碳纳米管结构214正对上下蒸发源212设置。该真空容器210可通过外接一真空栗(图未示)抽气达到预定的真空度。所述蒸发源212材料为待沉积的导电材料。其次,通过加热所述蒸发源212,使其熔融后蒸发或升华形成导电材料蒸汽,该导电材料蒸汽遇到冷的碳纳米管结构214后,在碳纳米管结构214上下表面凝聚,形成至少一层导电材料附着于碳纳米管结构214的表面。由于碳纳米管结构214中的碳纳米管111之间存在间隙,并且碳纳米管结构214厚度较薄,导电材料可以渗透进入碳纳米管结构214之中,从而沉积在每根碳纳米管111表面。沉积至少一层导电材料后的碳纳米管膜的微观结构照片请参阅图6和图7。
[0050]可以理解,通过调节碳纳米管结构214和每个蒸发源212的距离以及蒸发源212之间的距离,可使每个蒸发源212具有一个沉积区。当需要沉积多层导电材料时,可将多个蒸发源212同时加热,使碳纳米管结构214连续通过多个蒸发源的沉积区,从而实现沉积多层导电材料。
[0051]为提高导电材料蒸汽密度并且防止导电材料被氧化,真空容器210内真空度应达到I帕(Pa)以上。本发明实施例中,真空容器中的真空度为4X10 4Pa。
[0052]可以理解,也可将步骤一中的碳纳米管阵列216直接放入上述真空容器210中。首先,在真空容器210中采用一拉伸工具从所述碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米管结构214。然后,加热上述至少一个蒸发源212,沉积至少一层导电材料于所述碳纳米管结构214表面。以一定速度不断地从所述碳纳米管阵列216中拉取碳纳米管结构214,且使所述碳纳米管结构214连续地通过上述蒸发源212的沉积区,进而形成所述导电材料附着于所述碳纳米管结构214表面。故该真空容器210可实现碳纳米管表面具有至少一层导电材料的碳纳米管结构214的连续生产。
[0053]本发明实施例中,所述采用真空蒸镀法形成至少一层导电材料的方法具体包括以下步骤:形成一层润湿层112于所述碳纳米管结构214的每一碳纳米管表面;形成一层过渡层113于所述润湿层112的外表面;形成一层导电层114于所述过渡层113的外表面;形成一层抗氧化层115于所述导电层114的外表面。其中,上述形成润湿层112、过渡层113及抗氧化层115的步骤均为可选择的步骤。具体地,可将上述碳纳米管结构214连续地通过上述各层材料所形成的蒸发源212的沉积区。
[0054]另外,在所述形成至少一层导电材料于所述碳纳米管结构214表面之后,可进一步包括在所述碳纳米管结构214表面形成强化层116的步骤。所述形成强化层116的步骤具体包括以下步骤:将形成有至少一层导电材料的碳纳米管结构214通过一装有聚合物溶液的装置220,使聚合物溶液浸润整个碳纳米管结构214,该聚合物溶液通过分子间作用力粘附于所述至少一层导电材料的外表面;以及凝固聚合物,形成一强化层116。
[0055]当所述碳纳米管结构214宽度较小时(如0.5纳米~100微米),所述形成有至少一层导电材料的碳纳米管结构214即可作为一碳纳米管线状结构222,可不需要做后续处理。
[0056]当所述碳纳米管结构214宽度较大时,所述形成碳纳米管线状结构222的步骤可进一步包括对所述碳纳米管结构214进行机械处理的步骤。该机械处理步骤可通过以下两种方式实现:对所述形成有至少一层导电材料的碳纳米管结构214进行扭转,形成碳纳米管线状结构222或切割所述形成有至少一层导电材料的碳纳米管结构214,形成碳纳米管线状结构222。
[0057]对所述碳纳米管结构214进行扭转,形成碳纳米管线状结构222的步骤可通过多种方式实现。本实施例可采用下述两种方式形成所述碳纳米管线状结构222:其一,通过将粘附于上述碳纳米管结构214 —端的拉伸工具固定于一旋转电机上,扭转该碳纳米管结构214,从而形成一碳纳米管线状结构222。其二,提供一个尾部可以粘住碳纳米管结构214的纺纱轴,将该纺纱轴的尾部与碳纳米管结构214结合后,将该纺纱轴以旋转的方式扭转该碳纳米管结构214,形成一碳纳米管线状结构222。可以理解,上述纺纱轴的旋转方式不限,可以正转,可以反转,或者正转和反转相结合。优选地,所述扭转该碳纳米管结构的步骤为将所述碳纳米管结构214沿碳纳米管结构214的拉伸方向以螺旋方式扭转。扭转后所形成的碳纳米管线状结构222为一绞线结构,其扫描电镜照片请参见图8及图9。
[0058]所述切割碳纳米管结构214,形成碳纳米管线状结构222的步骤为:沿碳纳米管结构214的拉伸方向切割所述形成有至少一层导电材料的碳纳米管结构214,形成多个碳纳米管线状结构222。上述多个碳纳米管线状结构222可进一步进行重叠、扭转,以形成一较大直径的碳纳米管线状结构222。
[0059]可以理解,当所述碳纳米管结构214的宽度较小时,所述碳纳米管结构214也可进一步进行扭转,形成所述碳纳米管线状结构22。
[0060]进一步地,多个碳纳米管线状结构222可平行设置组成一束状结构的碳纳米管线状结构222或相互扭转形成一绞线结构的碳纳米管线状结构222。该束状结构或绞线结构的碳纳米管线状结构222相比单个碳纳米管线状结构222具有较大的直径。另外,也可将沉积有至少一层导电材料的多个碳纳米管结构214重叠设置并扭转形成一碳纳米管线状结构222。所制备的碳纳米管线状结构222的直径不受拉取获得的碳纳米管结构214的尺寸的限制,并可根据需要制备具有任意大小的直径的碳纳米管线状结构222。本实施例中,大约500层沉积有导电材料的碳纳米管结构214重叠设置并扭转形成一碳纳米管线状结构222,该碳纳米管线状结构222的直径可达到3-5毫米。
[0061]可以理解,本发明并不限于上述方法获得碳纳米管线状结构222,只要能使所述碳纳米管结构214形成碳纳米管线状结构222的方法都在本发明的保护范围之内。
[0062]所制得的碳纳米管线状结构222可进一步收集在一第一卷筒224上。收集方式为将碳纳米管线状结构222缠绕在所述第一卷筒224上。所述碳纳米管线状结构222用作缆线的缆芯110。
[0063]可选择地,上述碳纳米管结构214的形成步骤、形成至少一层导电层的步骤、强化层的形成步骤、碳纳米管结构214的扭转步骤及碳纳米管线状结构222的收集步骤均可在上述真空容器中进行,进而实现碳纳米管线状结构222的连续生产。
[0064]步骤四:在所述碳纳米管线状结构222表面包覆一绝缘材料。
[0065]所述绝缘材料可通过一第一挤压装置230包覆在所述碳纳米管线状结构222的外表面,该挤压装置将聚合物熔体组合物涂覆在所述碳纳米管线状结构222的表面。本发明实施例中,所述聚合物熔体组合物优选为泡沫聚乙烯组合物。一旦碳纳米管线状结构222离开所述第一挤压装置230,聚合物熔体组合物就会发生膨胀,以形成所述绝缘结构120。当所述绝缘结构120为两层或两层以上时,可重复上述步骤。
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