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"Spinning Continuous Carbon Nanotube Yarns",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：提供至少一碳纳米管膜，该至少 一碳纳米管膜为自支撑结构；提供一基底，在该基底上生长一石墨帰膜；将所述至少一碳 纳米管膜与所述石墨帰膜层叠设置形成一碳纳米管-石墨帰复合膜；除去所述基底；将所 述碳纳米管-石墨帰复合膜卷成一卷后加抢，形成碳纳米管复合线。
[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 与石墨帰膜复合成碳纳米管-石墨帰复合膜，并将该碳纳米管-石墨帰复合膜先卷起来再 加抢，石墨帰膜中的石墨帰片在扭转力的作用下被紧密挤压在一起，致使首尾相连的碳纳 米管的"节点"处的近邻碳纳米管增多，相邻碳纳米管之间的距离变小，相邻碳纳米管之间 的范德华力增强，相应地，机械强度增强，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为本发明实施例提供的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
[0010] 图3为本发明实施例提供的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。
[0011] 图4为本发明实施例提供的碳纳米管碼压膜的扫描电镜照片。
[0012] 图5为本发明实施例提供的另一碳纳米管碼压膜的扫描电镜照片。
[0013] 图6为本发明实施例提供的由多个碳纳米管线状结构组成的碳纳米管膜的结构 示意图。
[0014] 图7为本发明实施例提供的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
[0015] 图8为本发明实施例提供的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
[0016] 图9为本发明实施例提供的碳纳米管复合线的扫描电镜照片。
[0017] 图10为本发明实施例提供的沿碳纳米管-石墨帰复合膜的一条边将该碳纳米 管-石墨帰复合膜卷起来的结构示意图。
[0018] 图11为本发明实施例提供的沿碳纳米管-石墨帰复合膜的对角线将该碳纳米 管-石墨帰复合膜卷起来的结构示意图。
[0019] 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】
[0020] 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。
[0021] 请参见图1，本发明实施例提供一种碳纳米管复合线80的制备方法，包括W下步 骤： S10,提供至少一碳纳米管膜10 ; S20,提供一基底20,在该基底20上生长一石墨帰膜30 ; S30,将所述碳纳米管膜10与所述石墨帰膜30远离基底20的表面贴合，形成复合结构 40 ； S40,除去所述基底20,形成碳纳米管-石墨帰复合膜50 ; S50,将所述碳纳米管-石墨帰复合膜50卷起来并加抢，形成碳纳米管复合线80。
[0022] 步骤S10中，所述碳纳米管膜10包括多个均匀分布的碳纳米管。该碳纳米管可W 为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或几种。所述碳纳米管膜10中的 碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。碳纳米管膜10为一自支撑的结构。该碳纳米管膜 10中的碳纳米管为无序或有序排列。送里的无序排列指碳纳米管的排列方向无规律，送里 的有序排列指至少多数碳纳米管的排列方向具有一定规律。具体地，当碳纳米管膜10包括 无序排列的碳纳米管时，碳纳米管可W相互缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管膜10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。该碳纳米管膜 10的厚度不限，可W为0. 5纳米至1厘米，优选地，该碳纳米管膜10的厚度可W为100微米 至0.5毫米。
[0023] 所述自支撑为所述碳纳米管膜10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层状状态，即将所述碳纳米管膜10置于(或固定于)间 隔一固定距离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10能够保持自 身层状或膜状状态。
[0024] 所述碳纳米管膜10可包括至少一层碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管 碼压膜。
[00巧]请参见图2，所述碳纳米管拉膜包括多个首尾相连且沿同一方向延伸的碳纳米管。 所述碳纳米管均匀分布，且平行于碳纳米管拉膜表面。所述碳纳米管拉膜中的碳纳米管之 间通过范德华力连接。一方面，首尾相连的碳纳米管之间通过范德华力连接，另一方面，平 行的碳纳米管之间部分亦通过范德华力结合，故，该碳纳米管拉膜具有一定的柔初性，可W 弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。所述碳纳米管拉膜可通过直接 拉伸一碳纳米管阵列获得。
[0026] 当所述碳纳米管膜10包括至少两层重叠设置的碳纳米管拉膜时，相邻的碳纳米 管拉膜之间通过范德华力紧密结合。进一步，相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管的延伸 方向之间形成一夹角a，〇《a《90度，具体可依据实际需求而进行调整。所述至少两层 碳纳米管拉膜交叉重叠设置时，可W提高所述碳纳米管复合线80的机械强度。本实施例 中，所述碳纳米管膜10包括两层交叉设置的碳纳米管拉膜，即该两层碳纳米管拉膜中碳纳 米管的延伸方向之间交叉的角度为90度。
[0027] 请参见图3,所述碳纳米管絮化膜为各向同性，其包括多个无序排列且均匀分布的 碳纳米管。碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、相互缠绕。因此，碳纳米管絮化膜具有很 好的柔初性，可W弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。该碳纳米管絮 化膜为将一碳纳米管原料，如一超顺排碳纳米管阵列，絮化处理而获得。
[0028] 请参见图4和图5,所述碳纳米管碼压膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管沿同 一方向或不同方向择优取向排列。所述碳纳米管碼压膜中的碳纳米管与碳纳米管碼压膜的 表面成一夹角a，其中，a大于等于零度且小于等于15度（0《a《15° )。优选地，所 述碳纳米管碼压膜中的碳纳米管平行于碳纳米管碼压膜的表面。依据碼压的方式不同，该 碳纳米管碼压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。请参见图4,碳纳米管在碳纳米管碼压 膜中可沿一固定方向择优取向排列；请参见图5,碳纳米管碼压膜中的碳纳米管可沿不同 方向择优取向排列。所述碳纳米管碼压膜中的碳纳米管部分交叠。所述碳纳米管碼压膜中 碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管碼压膜具有很好的柔初 性，可W弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管碼压膜中的碳纳米管之间通过范 德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碼压膜具有良好的自支撑性能。所述碳纳米管碼压 膜可通过沿一定方向或不同方向碼压一碳纳米管阵列获得。
[0029] 所述碳纳米管膜10还可W由多个碳纳米管线状结构组成，如图6所示。该碳纳米 管膜10包括多个第一碳纳米管线状结构12及多个第二碳纳米管线状结构14。该多个第一 碳纳米管线状结构12与该多个第二碳纳米管线状结构14相互交叉设置形成一网状结构。 所述多个第一碳纳米管线状结构12可W相互平行，也可W不相互平行，所述多个第二碳纳 米管线状结构14可W相互平行，也可W不相互平行。当多个第一碳纳米管线状结构12相互 平行，且多个第二碳纳米管线状结构14也相互平行时，具体地，所述多个第一碳纳米管线 状结构12的轴向均沿第一方向延伸，相邻的第一碳纳米管线状结构12之间的距离可W相 等也可W不等。相邻的两个第一碳纳米管线状结构12之间的距离不限，可W为10微米至 1000微米，优选10微米至500微米。所述多个第二碳纳米管线状结构14彼此间隔设置且 其轴向均基本沿第二方向延伸，相邻的第二碳纳米管线状结构14之间的距离可W相等也 可W不等。相邻的两个第二碳纳米管线状结构14之间的距离不限，可W为10微米至