碳纳米管纸的制备方法

专利名称：碳纳米管纸的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碳纳米管纸的制备方法。
背景技术：
碳纳米管是目前材料领域的研究热点之一。由于碳纳米管具有强度高，电导、热导优良，原材料来源丰富等物理方面的优势，将碳纳米管制作为宏观材料而应用其微观的优良的物理性能，是材料界广泛关注的热点，其中，在碳纳米管宏观材料中占据重要地位的碳纳米管纸，自出现以来就受到大量的关注。而且，因其优良的导电性、较高的机械强度以及极大的长径比，碳纳米管具有良好的场发射特性，可望在各种高性能的真空电子器件中获得广泛应用。碳纳米管纸，顾名思义，是将碳纳米管通过若干步骤制备为薄膜、纸张状的宏观材料。目前，碳纳米管纸的制备方法主要包括碳纳米管的选择、溶液系分散、抽滤及烘干成型等基本步骤。由于需要先将碳纳米管分散在溶液中，该制备方法所制得的碳纳米管纸中碳纳米管的取向无法确定，碳纳米管纸中碳纳米管的密度较低，从而大大影响了碳纳米管纸的性能，而且不利于大规模生产。

发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种碳纳米管密度较高且定向排列的碳纳米管纸的制备方法。一种碳纳米管纸的制备方法，包括以下步骤:提供至少一滚轴和至少一压力提供装置，该至少一压力提供装置对应所述至少一滚轴设置一挤压面，该挤压面平行于所述至少一滚轴的轴线；提供至少一碳纳米管阵列，从所述至少一碳纳米管阵列中拉取获得至少一碳纳米管膜结构，并将该至少一碳纳米管膜结构固定于所述至少一滚轴上；滚动所述至少一滚轴，将所述至少一碳纳米管膜`结构卷绕在所述至少一滚轴上，所述至少一滚轴滚动过程中所述至少一压力提供装置的挤压面挤压卷绕在所述至少一滚轴上的碳纳米管膜结构；以及滚动所述至少一滚轴至所述卷绕在至少一滚轴上的碳纳米管膜结构达到一定厚度时停止滚动，得到一碳纳米管纸。与现有技术相比较，本发明提供的碳纳米管纸的制备方法，具有以下优点:第一、制备过程当中，不经历任何溶液过程，且所述碳纳米管膜结构是从碳纳米管阵列中抽出，因此，碳纳米管纸中的碳纳米管具有良好的定向性，从而提高了碳纳米管纸的力学强度、导电性及导热性；第二、所制备的碳纳米管纸具有较高的密度，同样提高了碳纳米管纸的力学强度、导电性及导热性，可广泛应用于电子产品的散热配件、散热膜及散热通道等；第三、从碳纳米管阵列中抽出碳纳米管膜结构，然后将碳纳米管膜结构处理为碳纳米管线，再将该碳纳米管线缠绕在滚轴上挤压为碳纳米管纸，因此，所制得的碳纳米管纸中多个碳纳米管线之间具有微间隙，当碳纳米管纸用于电子产品的散热配件、散热膜或散热通道时，可以提高这些散热配件、散热膜或散热通道的散热效率；第四、制备方法简单，可以实现自动化一体成型。


图1是本发明具体实施例一提供的碳纳米管纸的制备方法流程图。图2A是本发明具体实施例一提供的生长有第一碳纳米管阵列的基底的示意图。图2B是本发明具体实施例一提供的生长有第二碳纳米管阵列的基底的示意图。图3是本发明具体实施例一提供的碳纳米管纸的制备过程示意图。图4是本发明具体实施例一提供的碳纳米管纸的另一种制备过程示意图。图5是本发明具体实施例一提供的碳纳米管纸的另一种制备过程示意图。图6是本发明具体实施例一提供的碳纳米管纸的碳纳米管密度-杨氏模量曲线图。图7是本发明具体实施例一提供的碳纳米管纸的碳纳米管密度-电导率曲线图。图8是本发明具体实施例一提供的碳纳米管纸的碳纳米管密度-热导率曲线图。图9是本发明具体实施例二提供的碳纳米管纸的制备方法流程图。图10是本发明具体实施例二提供的碳纳米管纸的制备过程示意图。

图11是本发明具体实施例三提供的碳纳米管纸的制备方法流程图。图12是本发明具体实施例三提供的碳纳米管纸的制备过程示意图。图13是本发明具体实施例四提供的碳纳米管纸的制备方法流程图。图14是本发明具体实施例四提供的碳纳米管纸的制备过程示意图。主要元件符号说明第一碳纳米管阵列101第二碳纳米管阵列102基底12第一表面122第二表面124第一碳纳米管膜结构 201第二碳纳米管膜结构 202第一基准处221第二基准处222第一碳纳米管线241第二碳纳米管线242第一复合碳纳米管膜 243第二复合碳纳米管膜 244电机38第一滚轴281第二滚轴282烘干箱40滴瓶30有机溶剂32
滴口34高分子材料36板体29如下具体实施方式
将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施例方式本发明提供一种碳纳米管纸的制备方法，包括以下步骤:提供至少一滚轴和至少一压力提供装置，该至少一压力提供装置对应所述至少一滚轴设置一挤压面，该挤压面平行于所述至少一滚轴的轴线；提供至少一碳纳米管阵列，从所述至少一碳纳米管阵列中拉取获得至少一碳纳米管膜结构，并将该至少一碳纳米管膜结构固定于所述至少一滚轴上；滚动所述至少一滚轴，将所述至少一碳纳米管膜结构卷绕在所述至少一滚轴上，所述至少一滚轴滚动过程中所述至少一压力提供装置的挤压面挤压卷绕在所述至少一滚轴上的碳纳米管膜结构；以及滚动所述至少一滚轴至所述卷绕在至少一滚轴上的碳纳米管膜结构达到一定厚度时停止滚动 ，得到一碳纳米管纸。所述压力提供装置的材料或形状不限，只要是可以提供压力即可，比如，所述压力提供装置为一滚轴或一板体等，当然，并不限定于一滚轴或一板体。下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的碳纳米管纸的制备方法作进一步的详细说明。具体实施例一请一并参见图1、图2A、图2B及图3，本发明具体实施例一提供一种碳纳米管纸的制备方法，具体包括以下步骤:步骤一、提供至少一第一滚轴281和至少一第二滚轴282，该至少一第一滚轴281和至少一第二滚轴282间隔设置,且所述至少一第一滚轴281和至少一第二滚轴282的轴线平行。所述第一滚轴281和第二滚轴282均为圆柱形，该第一滚轴281和第二滚轴282的材料不限，且可以将第一滚轴281和第二滚轴282分别固定在一电机38上。所述第一滚轴281和第二滚轴282滚动的方向不限，可以为顺时针滚动，也可为逆时针滚动，优选地，所述第一滚轴281和第二滚轴282滚动的方向相反，即第一滚轴281顺时针滚动时，第二滚轴282逆时针滚动；第一滚轴281逆时针滚动时，第二滚轴282顺时针滚动。本实施例中，第一滚轴281与第二滚轴282的数量均为一个，第一滚轴281与第二滚轴282之间间隔的距离优选为30微米至130微米，且第一滚轴与第二滚轴的材料均选用有机玻璃。步骤二、提供至少一第一碳纳米管阵列101和至少一第二碳纳米管阵列102。所述第一碳纳米管阵列101和第二碳纳米管阵列102分别形成于多个基底12上。所述基底12分别具有一第一表面122及与该第一表面122相对的第二表面124，每个基底12的第一表面122上生长有碳纳米管阵列。所述形成有碳纳米管阵列的基底12可以在一个平面内排列成直线形、弧形、锯齿形或其它形状。该形成有碳纳米管阵列的基底12的数量不限。所述碳纳米管阵列与所述滚轴的位置关系不限。本实施例中，第一碳纳米管阵列101和第二碳纳米管阵列102的数量均为两个，该两个第一碳纳米管阵列101处于同一平面，排列成直线型且设置于第一滚轴281远离第二滚轴282的一侧；该两个第二碳纳米管阵列102处于同一平面，排列成直线型且设置于第二滚轴282远离第一滚轴281的一侧。所述碳纳米管阵列均由多个碳纳米管组成，该碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。本实施例中，所述多个碳纳米管为多壁碳纳米管，且该多个碳纳米管基本上相互平行，不含无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等杂质。所述碳纳米管阵列的制备方法不限，可采用化学气相沉积法或其它方法制得。优选地，所述碳纳米管阵列均为超顺排碳纳米管阵列。步骤三、从所述至少一第一碳纳米管阵列101中分别拉取多个碳纳米管，以获得至少一第一碳纳米管膜结构201，从所述至少一第二碳纳米管阵列102中分别拉取多个碳纳米管，以获得至少一第二碳纳米管膜结构202。从第一碳纳米管阵列101中拉取获得第一碳纳米管膜结构201的方法具体包括以下步骤:首先，采用一拉伸工具与一第一碳纳米管阵列101中的多个碳纳米管相粘结；其次，以一定速度沿与第一碳纳米管阵列101的基底12的第一表面122成一预定角度，并沿远离第一碳纳米管阵列101的方向拉伸该多个碳纳米管，该多个碳纳米管在拉力作用下沿该拉伸方向逐渐脱离基底12的第一表面122的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管分别与其它碳纳米管首尾相连地连续地被拉出，以形成一连续的第一碳纳米管膜结构201。该第一碳纳米管膜结构201中的碳纳米管的轴向基本平行于该第一碳纳米管膜结构201的拉伸方向。其中，所述拉伸过程中的预定角度的范围为大于0°，小于等于30°，优选为大于0° ,小于等于5°。本实施例中,所述拉伸工具优选为一具有一定宽度的胶带，该胶带的宽度略大于该胶带与第一碳纳米管阵列101粘结处的宽度，所述预定角度为5°左右当然，所述拉伸工具并不限定于所述胶带，所述拉伸工具为镊子或夹子。从第二碳纳米管阵列102中拉取获得第二碳纳米管膜结构202的方法与从第一碳纳米管阵列101中拉取获得第一碳纳米管膜结构201的方法相同，这里不再赘述。本实施例中，第一碳纳米管膜结构201及第二碳纳米管膜结构202的数量均为两个。所述第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线的直径均为I微米至15微米，均优选为I微米。步骤四、将至少一第一碳纳米管膜结构201卷绕在第一滚轴281上，至少一第二碳纳米管膜结构202卷绕在第二滚轴282上，卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201与卷绕在第二滚轴282上的第二碳纳米管膜结构202之间相互挤压，将所述第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202压实，得到第一碳纳米管纸和第二碳纳米管纸。从所述第一碳纳米管阵列101中拉膜时，应确保拉伸的方向均从各个第一碳纳米管阵列101朝向第一基准处221 ;从所述第二碳纳米管阵列102中拉膜时，应确保拉伸的方向均从各个第二碳纳米管阵列102朝向第二基准处222。在拉伸多个碳纳米管的过程中，当第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202均为一个时，该一个第一碳纳米管膜结构201通过第一基准处221 ;—个第二碳纳米管膜结构202通过第二基准处222。当第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202的数量均为多个时，所述多个第一碳纳米管膜结构201逐渐向第一基准处221靠拢并最终在第一基准处221汇合，由于第一碳纳米管膜结构201有较强的粘性，所述多个第一碳纳米管膜结构201在第一基准处221会相互粘结在一起；所述多个第二碳纳米管膜结构202逐 渐向第二基准处222靠拢并最终在第二基准处222汇合，由于第二碳纳米管膜结构202有较强的粘性，所述多个第二碳纳米管膜结构202在第二基准处222会相互粘结在一起。其中，在所述多个第一碳纳米管膜结构201向所述第一基准处221汇合的过程中，所述多个第一碳纳米管膜结构201中最外端的两个第一碳纳米管膜结构201在所述基准处的最大夹角α大于0°，且小于180°，优选大于0°，且小于等于60° ;在所述多个第二碳纳米管膜结构202向所述第二基准处222汇合的过程中，所述多个第二碳纳米管膜结构202中最外端的两个第二碳纳米管膜结构202在所述第二基准处222的最大夹角α大于0°，且小于180°，优选大于0°，且小于等于60°。本实施例中，所述两个第一碳纳米管膜结构201在所述第一基准处221的最大夹角α为60°，所述两个第二碳纳米管膜结构202在所述第二基准处222的最大夹角α为60°。采用一镊子、夹子等工具将所述至少一第一碳纳米管膜结构201卷绕在第一滚轴281上，将至少一第二碳纳米管膜结构202卷绕在第二滚轴282上，以一定速度滚动第一滚轴281和第二滚轴282，第一碳纳米管膜结构201不断地卷绕在第一滚轴281上，第二碳纳米管膜结构202不断地卷绕在第二滚轴282上。第一滚轴281和第二滚轴282间隔设置，第一滚轴281上卷绕第一碳纳米管膜结构201，第二滚轴282上卷绕第二碳纳米管膜结构202，随着卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201和卷绕在第二滚轴282上的第二碳纳米管膜结构202的数量的增加，卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201和卷绕在第二滚轴282上的第二碳纳米管膜结构202会相互接触；此时，第一滚轴281继续卷绕第一碳纳米管膜结构201，第二滚轴282继续卷绕第二碳纳米管膜结构202，那么卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201和卷绕在第二滚轴282上的第二碳纳米管膜结构202会相互挤压，而且，随着卷绕在第一滚轴281上第一碳纳米管膜结构201和卷绕在第二滚轴282上第二碳纳米管膜结构202数量的增加，卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201和卷绕在第二滚轴282上的第二碳纳米管膜结构202之间挤压的压强会越来越大，并将第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201压实，将第二滚轴282上的第二碳纳米管膜结构202压实，如此，得到了高密度定向的第一碳纳米管纸和 第二碳纳米管纸。所述第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202的宽度与第一碳纳米管阵列101和第二碳纳米管阵列102的大小及数量有关。所述碳纳米管纸中碳纳米管的密度取决于卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201和卷绕在第二滚轴282上的第二碳纳米管膜结构202的线密度、第一滚轴281和第二滚轴282之间的距离以及第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202相互挤压的压强，所述碳纳米管膜的线密度是指每毫米长度滚轴上碳纳米管的数量。所述第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202的线密度均大于等于10根每毫米，优选地，第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202的线密度大于等于80根每毫米。所述第一滚轴281与第二滚轴282之间的距离为30微米至130微米，第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202相互挤压的压强为20兆帕至40兆帕。所述第一碳纳米管纸和第二碳纳米管纸中碳纳米管的密度均大于等于0.3g/cm3,且其最高密度均可达1.4g/cm3,并且,所述第一碳纳米管纸和第二碳纳米管纸中碳纳米管的密度均优先为0.5g/cm3 1.2g/cm3。进一步，当第一滚轴281与第二滚轴282之间的距离为70微米至90微米时，得到的第一碳纳米管纸和第二碳纳米管纸中碳纳米管的密度均为0.8g/cm3 0.9g/cm3 ;当第一滚轴281与第二滚轴282之间的距离为100微米时，得到的第一碳纳米管纸和第二碳纳米管纸中碳纳米管的密度均为1.2g/cm3 ;当第一滚轴281与第二滚轴282之间的距离为120微米至130微米时，得到的第一碳纳米管纸和第二碳纳米管纸中碳纳米管的密度均为1.4g/cm3。本实施例中，所述第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202的线密度均为80束每毫米，所述第一滚轴281与第二滚轴282之间的距离为100微米，所述第一碳纳米管纸和第二碳纳米管纸中碳纳米管的密度均为1.2g/cm3。可以理解，上述制备第一碳纳米管纸和第二碳纳米管纸的过程是连续进行的。进一步地，所述第一滚轴281与第二滚轴282之间通过一弹簧等弹性元件连接，该弹簧也可以连接在电机38上，请参见图4。该弹簧能够调整所述第一滚轴281与第二滚轴282之间的距离，进而调节卷绕在第一滚轴281上第一碳纳米管膜结构201和卷绕在第二滚轴282上第二碳纳米管膜结构202之间挤压的压强，从而可控制第一碳纳米管纸和第二碳纳米管纸中碳纳米管密度的均匀性。请参见图5，进一步地，可用有机溶剂32处理所述第一碳纳米管膜结构201成为第一碳纳米管线241，用有机溶剂32处理所述第二碳纳米管膜结构202成为第二碳纳米管线242。所述有机溶剂32处理第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202具体包括以下步骤:采用一试管或滴瓶30将有机溶剂32滴落在所述第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202的表面，浸润整个第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202。在有机溶剂32的作用下，第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202的表面张力减小，分别自动收缩成第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242，其中，所述第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242均包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管，且该多个碳纳米管基本沿第一碳纳米管线241或第二碳纳米管线242的轴向择优取向排列。该有机溶剂32为易挥发性的有机溶剂32，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等。可以理解，上述用有机溶剂32处理所述第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202的步骤为可选步骤。进一步地，烘干 上述采用有机溶剂32处理后形成的第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242。具体地，可以使经过有机溶剂32处理后形成的第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242分别通过一烘干箱40，该烘干箱40的温度为80°C 100°C，可以加速经有机溶剂32处理后形成的第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242中有机溶剂32的挥发，使得第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线中的碳纳米管排列更加紧密。另外，也可以采用一吹风机将第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242中的有机溶剂32吹干。可以理解，烘干第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242的步骤为可选步骤。将所述第一碳纳米管线241缠绕到第一滚轴281上，将所述第二碳纳米管线242缠绕到第二滚轴282上。具体地，采用电机38将第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242分别对应地一圈一圈地缠绕到第一电机38的第一滚轴281和第二电机38的第二滚轴282上，并且第一滚轴281上缠绕的每一圈第一碳纳米管线241紧密排列，形成一膜状;第二滚轴282上缠绕的每一圈第二碳纳米管线242紧密排列，形成一膜状，请参见图5。另外，也可采用手工的方法将第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242分别对应地缠绕到第一滚轴281和第二滚轴282上。可以保持所缠绕的第一碳纳米管线241或者第二碳纳米管线242的位置不变，沿着垂直于缠绕第一碳纳米管线241或第二碳纳米管线242的方向移动所述第一滚轴281或第二滚轴282，使所述第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242分别均匀地缠绕在第一滚轴281或第二滚轴282上；也可以均匀移动第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242分别在第一滚轴281和第二滚轴282上的位置，使所述第一碳纳米管线241和第二碳纳米管线242分别均匀地缠绕在第一滚轴281或第二滚轴282上。请参见图6，图6中黑色点为所述第一碳纳米管纸或第二碳纳米管纸平行于碳纳米管的延伸方向的杨氏模量，白色点为所述第一碳纳米管纸或第二碳纳米管纸垂直于碳纳米管的延伸方向的杨氏模量，从图中可得知，随着碳纳米管纸中碳纳米管密度的增加，碳纳米管纸平行于碳纳米管的延伸方向和垂直于碳纳米管的延伸方向的杨氏模量均增大。请参见图7，图7中黑色点为所述第一碳纳米管纸或第二碳纳米管纸平行于碳纳米管的延伸方向的电导率，从图中可得知，随着碳纳米管纸中碳纳米管密度的增加，碳纳米管纸平行于碳纳米管的延伸方向的电导率增大。请参见图8，图8中黑色点为所述第一碳纳米管纸或第二碳纳米管纸平行于碳纳米管的延伸方向的热导率，白色点为所述碳纳米管纸垂直于碳纳米管的延伸方向的热导率，从图8中可得知，随着碳纳米管纸中碳纳米管密度的增加，碳纳米管纸平行于碳纳米管的延伸方向和垂直于碳纳米管的延伸方向的热导率均增大。具体实施例二请参见图9和图10，本发明具体实施例二进一步提供一种碳纳米管纸的制备方法，该碳纳米管纸包括高分子材料36，具体包括以下步骤:步骤一、提供至少一第一滚轴281和至少一第二滚轴282，该至少一第一滚轴281和至少一第二滚轴282间隔设置,且所述至少一第一滚轴281和至少一第二滚轴282的轴线平行。步骤二、提供至少一第一碳纳米管阵列101和至少一第二碳纳米管阵列102。

步骤三、从所述至少一第一碳纳米管阵列101中分别拉取多个碳纳米管，以获得至少一第一碳纳米管膜结构201，从所述至少一第二碳纳米管阵列102中分别拉取多个碳纳米管，以获得至少一第二碳纳米管膜结构202。步骤四、所述至少一第一碳纳米管膜结构201和至少一第二碳纳米管膜结构202分别与一高分子材料36复合，从而形成至少一第一复合碳纳米管膜和至少一第二复合碳纳米管膜。所述高分子材料36包括熔融态高分子材料36或高分子溶液，所述熔融态高分子材料36是指高分子材料36在一定温度下本身形成熔融态，所述高分子溶液是指高分子材料36溶于挥发性有机溶剂而形成的溶液。所述高分子材料36在常温下为固态，所述高分子材料36为酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、聚氨酯(W)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、苯丙环丁烯(BCB)、聚环烯烃或聚苯胺等。所述挥发性有机溶剂32包括乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等。本实施例中，所述高分子材料36为聚苯胺。所述至少一第一碳纳米管膜结构201和至少一第二碳纳米管膜结构202与一高分子材料36复合的方法有真空蒸镀、离子溅射、或者利用一试管、滴瓶30将高分子材料36喷淋到所述第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202等。本实施例中，将一滴瓶30分别放置于第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202的上方，滴瓶30底部具有一滴口 34，高分子材料36从滴口 34滴落于第一碳纳米管膜结构201和第二碳纳米管膜结构202上。可选择的，烘干上述第一复合碳纳米管膜和第二复合碳纳米管膜。具体步骤为:可以使第一复合碳纳米管膜243和第二复合碳纳米管膜244分别通过一烘干箱40，该烘干箱40的温度为80°C 100°C，可以加速第一复合碳纳米管膜243和第二复合碳纳米管膜244中残留的溶剂的挥发，使得第一复合碳纳米管膜243和第二复合碳纳米管膜244中的碳纳米管排列更加紧密。另外，也可以采用一吹风机将第一复合碳纳米管膜243和第二复合碳纳米管膜244中的溶剂吹干。步骤五、将至少一第一复合碳纳米管膜卷绕在第一滚轴281上，至少一第二复合碳纳米管膜卷绕在第二滚轴282上，卷绕在第一滚轴281上的第一复合碳纳米管膜与卷绕在第二滚轴282上的第二复合碳纳米管膜之间相互挤压，将所述第一复合碳纳米管膜和第二复合碳纳米管膜压实，得到第三碳纳米管纸和第四碳纳米管纸。可以理解，可用有机溶剂32处理法处理所述第一复合碳纳米管膜成为第一复合碳纳米管线，用有机溶剂32处理法处理所述第二复合碳纳米管膜成为第二复合碳纳米管线，然后将该第一复合碳纳米管线和第二复合碳纳米管线分别卷绕到第一滚轴281和第二滚轴282上。本实施例中有机溶剂32处理法的具体步骤以及将第一复合碳纳米管线和第二复合碳纳米管线分别卷绕到第一滚轴281和第二滚轴282上的步骤与具体实施例一中有机溶剂32处理法的具体步骤以及将第一碳纳米管线和第二碳纳米管线分别卷绕到第一滚轴281和第二滚轴282上的步骤均相同。可以理解，可以将至少一第一碳纳米管膜结构和至少一第二碳纳米管膜结构分别经过有机溶剂32处理法处理成为第一碳纳米管线和第二碳纳米管线后，再将该第一碳纳米管线和第二碳纳米管线分别与所述高分子材料36复合。具体实施例二与具体实施例一的区别是:具体实施例二比具体实施例一多了碳纳米管与高分子材料36复合的步骤，其余步骤均相同。具体实施例二提供的碳纳`米管纸与具体实施例一提供的碳纳米管纸的结构的基本相同。其相同之处是:所述碳纳米管纸均包括多个碳纳米管线，该多个碳纳米管线之间具有微间隙，所述碳纳米管线包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管，该多个碳纳米管沿同一方向择优取向排列。其不同之处:具体实施例一提供的碳纳米管纸仅包括碳纳米管，而具体实施例二提供的碳纳米管纸中还包括高分子材料36，该高分子材料36均匀分散于碳纳米管纸所包含的多个碳纳米管之间或多个碳纳米管的表面。具体实施例三请参见图11和图12，本发明具体实施例三进一步提供一种碳纳米管纸的制备方法，其包括以下步骤:步骤一、提供至少一第一滚轴281和至少一板体29，该至少一第一滚轴281和至少一板体29间隔设置，所述板体29相对于至少一第一滚轴281具有一挤压面，该挤压面平行于所述第一滚轴281的轴线。所述板体29的材料不限，可以为钢、铁等金属，也可以为有机玻璃、硅板、金刚石等非金属。本实施例中，所述板体29为有机玻璃挡板。所述第一滚轴与板体29之间间隔的距离为优选为30微米至130微米。步骤二、提供至少一第一碳纳米管阵列101和至少一第二碳纳米管阵列102。
步骤三、从所述至少一第一碳纳米管阵列101中分别拉取多个碳纳米管，以获得至少一第一碳纳米管膜结构201，从所述至少一第二碳纳米管阵列102中分别拉取多个碳纳米管，以获得至少一第二碳纳米管膜结构202。步骤四、将至少一第一碳纳米管膜结构201卷绕在第一滚轴281上，所述板体29挤压卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201，并将该第一碳纳米管膜结构201压实，得到第一碳纳米管纸。第一滚轴与板体29间隔设置，第一滚轴281上卷绕第一碳纳米管膜结构201，随着卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201数量的增加，卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201会接触到所述板体29 ;此时，第一滚轴281继续卷绕第一碳纳米管膜结构201，那么所述板体29会挤压卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201，而且，随着卷绕在第一滚轴281上第一碳纳米管膜结构201数量的增加，板体29对卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201挤压的压强会越来越大，并将第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201压实，如此，得到了高密度定向的第一碳纳米管纸。具体实施例三与具体实施例一的区别是:具体实施例一中，第一滚轴281和第二滚轴282间隔设置，卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构201和卷绕在第二滚轴282上的第二碳纳米管膜结构202相互挤压；具体实施例二中，第一滚轴281与一板体29间隔设置，该板体29挤压卷绕在第一滚轴281上的第一碳纳米管膜结构。除此之外，其余步骤均相同。具体实施例四请参见图13和图14，本发明具体实施例四进一步提供一种碳纳米管纸的制备方法，其包括以下步骤:步骤一、提供至少一第一滚轴281和至少一板体29，该至少一第一滚轴281和至少一板体29间隔设置，所述板体29相对于至少一第一滚轴281具有一挤压面，该挤压面平行于所述第一滚轴281的轴线。步骤二、提供至少一第一碳纳米管阵列101和至少一第二碳纳米管阵列102。步骤三、从所述至少一第一碳纳米管阵列101中分别拉取多个碳纳米管，以获得至少一第一碳纳米管膜结构201，从所述至少一第二碳纳米管阵列102中分别拉取多个碳纳米管，以获得至少一第二碳纳米管膜结构202。步骤四、所述至少一第一碳纳米管膜结构201和至少一第二碳纳米管膜结构202与一高分子材料36复合，从而形成至少一第一复合碳纳米管膜和至少一第二复合碳纳米管膜。步骤五、将第一复合碳纳米管膜卷绕在第一滚轴281上，所述板体29挤压卷绕在第一滚轴281上的第一复合碳纳米管膜，并将该第一复合碳纳米管膜压实，得到第三碳纳米管纸。具体实施例四与具体实施例三的区别是:具体实施例四比具体实施例三多了碳纳米管与高分子材料36复合的步骤，其余步骤均相同。本发明提供的碳纳米管 纸的制备方法具有以下优点:第一、制备过程当中，不经历任何溶液过程，且所述碳纳米管膜结构是从碳纳米管阵列中抽出，因此，碳纳米管纸中的碳纳米管具有良好的定向性，从而提高了碳纳米管纸的力学强度、导电性及导热性；第二、所制备的碳纳米管纸具有较高的密度，同样提高了碳纳米管纸的力学强度、导电性及导热性，可广泛应用于电子产品的散热配件、散热膜及散热通道等；第三、从碳纳米管阵列中抽出碳纳米管膜结构，然后将碳纳米管膜结构处理为碳纳米管线，再将该碳纳米管线缠绕在滚轴上挤压为碳纳米管纸，因此，所制得的碳纳米管纸中多个碳纳米管线之间具有微间隙，当碳纳米管纸用于电子产品的散热配件、散热膜或散热通道时，可以提高这些散热配件、散热膜或散热通道的散热效率；第四、制备方法简单，可以实现自动化一体成型。 另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发 明所要求保护的范围内。
权利要求
1.一种碳纳米管纸的制备方法，包括以下步骤: 提供至少一滚轴和至少一压力提供装置，该至少一压力提供装置对应所述至少一滚轴设置有一挤压面，该挤压面平行于所述至少一滚轴的轴线； 提供至少一碳纳米管阵列，从所述至少一碳纳米管阵列中拉取获得至少一碳纳米管膜结构，并将该至少一碳纳米管膜结构固定于所述至少一滚轴上； 以及 滚动所述至少一滚轴，将所述至少一碳纳米管膜结构卷绕在所述至少一滚轴上，所述至少一滚轴滚动过程中，所述至少一压力提供装置的挤压面挤压卷绕在所述至少一滚轴上的碳纳米管膜结构，得到一碳纳米管纸。
2.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一滚轴开始滚动时，该至少一滚轴和至少一压力提供装置具有一间隔。
3.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一滚轴滚动过程中，该至少一 滚轴和至少一压力提供装置一直保持接触。
4.如权利要求2或3所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一滚轴和至少一压力提供装置之间通过一弹性元件连接。
5.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一压力提供装置为板体。
6.如权利要求5所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述板体的材料为金属、有机玻璃、硅板、金刚石。
7.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一滚轴定义为第一滚轴，所述至少一压力提供装置也为滚轴，并定义为第二滚轴，所述第一滚轴与第二滚轴的轴线平行。
8.如权利要求7所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述第一碳纳米管阵列设置于第一滚轴远离第二滚轴的一侧，所述第二碳纳米管阵列设置于第二滚轴远离第一滚轴的一侧。
9.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一碳纳米管膜结构与一高分子材料复合。
10.如权利要求9所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一碳纳米管膜结构与一高分子材料复合的方法为真空蒸镀，离子溅射，或者利用一试管、滴瓶将高分子材料喷淋到所述至少一碳纳米管膜结构上。
11.如权利要求9所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述高分子材料包括熔融态高分子材料或高分子溶液，所述熔融态高分子材料是指高分子材料在一定温度下本身形成熔融态，所述高分子溶液是指高分子材料溶于挥发性有机溶剂而形成的溶液。
12.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，利用有机溶剂处理所述至少一碳纳米管膜结构成为碳纳米管线，所述有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。
13.如权利要求12所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，将所述碳纳米管线一圈一圈地缠绕到所述至少一滚轴上，并且该至少一滚轴上缠绕的每一圈碳纳米管线紧密排列，形成一膜状。
14.如权利要求12所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，利用有机溶剂处理所述至少一碳纳米管膜结构成为碳纳米管线后，进一步包括一烘干所述碳纳米管线的步骤。
15.如权利要求12所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管线与一高分子材料复合。
16.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一滚轴和至少一压力提供装置之间间隔的距离为30微米至130微米。
17.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一压力提供装置的挤压面挤压卷绕在所述至少一滚轴上的碳纳米管膜结构的压强为20兆帕至40兆帕。
18.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一碳纳米管膜结构的线密度大于等于10根每毫米，该根每毫米是指每毫米长度滚轴上碳纳米管膜结构中碳纳米管的数量。
19.如权利要求18所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述至少一碳纳米管膜结构的线密度均大于等于80根每毫米。
20.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管纸中碳纳米管的密度大于等于0.3g/cm3,小于等于1.4g/cm3。
21.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，至少一滚轴与至少一压力提供装置之间的距离为70微米至90微米时，所述碳纳米管纸中碳纳米管的密度为0.Sg/cm3 0.9g/cm3。
22.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，至少一滚轴与至少一压力提供装置之间的距离为100微米时，所述碳纳米管纸中碳纳米管的密度为1.2g/cm3。
23.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，至少一滚轴与至少一压力提供装置之间的距离为120微米至130微米时，所述碳纳米管纸中碳纳米管的密度为1.4g/cm3。
24.如权利要求1所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管纸包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管。
25.如权利要求24所述的碳纳米管纸的制备方法，其特征在于，所述多个碳纳米管择优取向排列。
全文摘要
一种碳纳米管纸的制备方法，包括以下步骤提供至少一滚轴和至少一压力提供装置，该至少一压力提供装置对应所述至少一滚轴设置一挤压面，该挤压面平行于所述至少一滚轴的轴线；提供至少一碳纳米管阵列，从所述至少一碳纳米管阵列中拉取获得至少一碳纳米管膜结构，并将该至少一碳纳米管膜结构固定于所述至少一滚轴上；滚动所述至少一滚轴，将所述至少一碳纳米管膜结构卷绕在所述至少一滚轴上，所述至少一滚轴滚动过程中所述至少一压力提供装置的挤压面挤压卷绕在所述至少一滚轴上的碳纳米管膜结构；以及滚动所述至少一滚轴至所述卷绕在至少一滚轴上的碳纳米管膜结构达到一定厚度时停止滚动，得到一碳纳米管纸。
文档编号B81C1/00GK103172044SQ20111043369
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者张凌, 刘长洪, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司