專利名稱：碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，尤其涉及一種碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制 備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管是1991年由日本科學(xué)家飯島澄男教授發(fā)現(xiàn)的一種由石墨烯片卷成的中 空管狀物，其具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)及電學(xué)性質(zhì)。碳納米管應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，例如，它可用 于制作場效應(yīng)晶體管、原子力顯微鏡針尖、場發(fā)射電子槍、納米模板等。但是，目前碳納米管 的應(yīng)用基本上都是在微觀尺度下，因此操作較困難。所以，將碳納米管組裝成具有宏觀尺度 的結(jié)構(gòu)對于碳納米管的應(yīng)用具有重要意義。范守善等人在Spinning Continuous CNT Yarns (Nature, 2002,419 801) 一文中 揭露了從一超順排碳納米管陣列中可以拉出一根連續(xù)的純碳納米管線的方法，這種方法所 制得的碳納米管線包括多個(gè)在范德華力作用下首尾相接的碳納米管束片段，每個(gè)碳納米管 束片段具有大致相等的長度，且每個(gè)碳納米管束片段由多個(gè)相互平行的碳納米管束構(gòu)成。 如圖1所示為一個(gè)從一超順排碳納米管陣列1拉出一根連續(xù)碳納米管線4的簡單模型。多 個(gè)碳納米管束片段2在范德華力的作用下首尾相接構(gòu)成連續(xù)的碳納米管線4。但這種單根 碳納米管線4的機(jī)械強(qiáng)度及韌性等都比較差，例如，拉出一根200微米寬的線需要0. 1毫牛 頓的力，而只要0. 5毫牛頓的力就將其折斷了。范守善等人于2005年12月16日申請，于2007年06月20日公開的公開號(hào)為 CN1982209A的中國公開專利申請中揭示了一種碳納米管絲及其制備方法。其中，所述碳納 米管絲包括多個(gè)首尾相接的碳納米管束片段，每個(gè)碳納米管束片段具有大致相等的長度， 且每個(gè)碳納米管束片段由多個(gè)相互平行的碳納米管束構(gòu)成。該種碳納米管絲的制作方法包 括以下步驟提供一超順排碳納米管陣列；采用一拉伸工具從該超順排碳納米管陣列拉取 一碳納米管膜；將拉出的碳納米管膜經(jīng)過一有機(jī)溶劑浸潤處理后收縮成為一碳納米管絲； 收集所制得的碳納米管絲。該種碳納米管絲的機(jī)械強(qiáng)度相較于碳納米管線有較大的增加， 但是，該碳納米管絲的直徑受到碳納米管陣列大小的限制，碳納米管陣列受到基底大小的 限制，使得所述碳納米管絲的機(jī)械強(qiáng)度及韌性依然受到限制。因此，一定程度上限制了其應(yīng) 用。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種具有較好的機(jī)械強(qiáng)度及韌性的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)及 其制備方法。所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟提供多個(gè)基底，每一基底均 具有一生長有碳納米管陣列的生長表面，所述多個(gè)基底的生長表面處于不同的平面；沿與 每一基底的生長表面成0°至50°的拉膜角度拉取碳納米管陣列以獲得多個(gè)碳納米管膜； 提供一基準(zhǔn)位置，在該基準(zhǔn)位置合并所述多個(gè)碳納米管膜，以形成一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法采用多個(gè)碳納米 管陣列拉膜制得多個(gè)碳納米管膜，之后合并所述多個(gè)碳納米管膜，以形成一個(gè)碳納米管線 狀結(jié)構(gòu)。該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)具有較大的直徑，因此具有較好的機(jī)械強(qiáng)度及韌性。由于可 通過控制用于拉膜的生長有碳納米管陣列的基底的個(gè)數(shù)，因此該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的直徑 可控，故，該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍較廣。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中從一超順排碳納米管陣列中拉出一根連續(xù)碳納米管線的模型 圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖。圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法的過程示意圖。圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法中所采用的生長 有碳納米管陣列的基底的示意圖。圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法中所采用的鋸齒 形排列碳納米管陣列的示意圖。圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法的過程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法作進(jìn)一步 的詳細(xì)說明。請一并參閱圖2、圖3和圖4，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備 方法，其包括以下步驟步驟SlOl 提供多個(gè)基底12，每一基底12均具有一生長有碳納米管陣列10的生 長表面122，所述多個(gè)基底12的生長表面122處于不同的平面；步驟S102 沿與每一基底12的生長表面122成0°至50°的拉膜角度拉取碳納 米管陣列10以獲得多個(gè)碳納米管膜20 ；步驟S103 提供一基準(zhǔn)位置22，在該基準(zhǔn)位置22合并所述多個(gè)碳納米管膜20，以 形成一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26。在步驟SlOl中，所述多個(gè)基底12處于不同的平面，其可以排列成各種形狀，例如 直線形，扇形或鋸齒形。本實(shí)施例中，所述三個(gè)基底12沿垂直于基底12的生長表面122的 方向重疊排列即呈直線形排列。此時(shí)，多個(gè)基底12的生長表面122均相互平行，且處于不 同的平面。所述碳納米管陣列10包括多個(gè)大致沿其同一個(gè)生長方向排列的碳納米管。在這 里還需要進(jìn)一步說明的是，所述“大致”的意思是由于碳納米管在生長過程中受各種因素的 制約，如碳源氣氣流的流動(dòng)速度不一致，碳源氣的濃度的不均勻以及催化劑的不平整，不可 能也不必使碳納米管陣列10中的每根碳納米管完全沿其生長方向排列，即每根碳納米管 完全平行。本實(shí)施例中所述碳納米管陣列10為超順排碳納米管陣列。所述超順排碳納米 管陣列為多個(gè)彼此平行且垂直于基底生長的碳納米管形成的純碳納米管陣列。所述超順排 碳納米管陣列中的碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。所述單壁碳
5納米管的直徑優(yōu)選為0. 5納米 50納米。所述雙壁碳納米管的直徑優(yōu)選為1. 0納米 50 納米。所述多壁碳納米管的直徑優(yōu)選為1.5納米 50納米。本實(shí)施例中，超順排碳納米管 陣列的制備方法采用化學(xué)氣相沉積法。所述采用化學(xué)氣相沉積法制備超順排碳納米管陣列 的方法包括以下步驟首先，在一基底12的生長表面122上形成一層均勻的催化劑薄膜層14，該催化劑 薄膜層14可通過熱沉積法、電子束沉積法或?yàn)R射法實(shí)現(xiàn)。該基底12的材料為玻璃、石英、 硅或氧化鋁。本實(shí)施例采用4英寸的平滑硅基底。該催化劑薄膜層14的材料為鐵(Fe)、鈷 (Co)、鎳(Ni)等金屬或其任意組合的合金。本實(shí)施例采用鐵為催化劑。其次，將所述形成有催化劑薄膜層14的基底12在高溫空氣中退火約30分鐘至90 分鐘，以形成催化劑顆粒。再次，退火冷卻后，再將分布有催化劑顆粒的基底12放入反應(yīng)爐中，在氬氣保護(hù) 氣體環(huán)境下，加熱至700 1000攝氏度。最后通入碳源氣，持續(xù)5分鐘至30分鐘，得到一高度為200微米至400微米的超 順排碳納米管陣列10。該超順排碳納米管陣列10包含多個(gè)彼此平行且垂直于基底12的生 長表面122生長的多個(gè)碳納米管。通過控制所述生長條件，該碳納米管陣列10中基本不含 有雜質(zhì)，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。其中，碳源氣可為乙炔、乙烯、甲烷等碳?xì)?化合物。本實(shí)施例中，所述碳源氣為乙炔。可選擇地，請參閱圖5，所述多個(gè)基底12呈鋸齒形排列。所述多個(gè)呈鋸齒形排列的 基底12可由一鋸齒形承載裝置13支撐。所述鋸齒形承載裝置13具有多個(gè)鋸齒，每個(gè)鋸齒 均具有兩個(gè)相交的鋸齒面130，碳納米管陣列10的基底12可位于該兩個(gè)相交的鋸齒面130 的表面。在步驟S102中，本實(shí)施例中，從任一碳納米管陣列10拉取獲得碳納米管膜20的 方法可以相同。以下詳細(xì)說明從一個(gè)碳納米管陣列10拉取碳納米管膜的方法，所述從一個(gè) 碳納米管陣列10拉取一碳納米管膜20的方法具體包括以下步驟首先，提供一拉伸工具，采用該拉伸工具與一個(gè)碳納米管陣列10中的多個(gè)碳納米 管相粘結(jié)。本實(shí)施例中，所述拉伸工具優(yōu)選為一具有一定寬度的膠帶，該膠帶的寬度略大于 該膠帶與碳納米管陣列10粘結(jié)處的寬度。其次，以一定速度沿與該碳納米管陣列10的基底12的生長表面122成一定角度 且向一基準(zhǔn)位置22靠攏的方向拉取該多個(gè)碳納米管。該多個(gè)碳納米管在拉力作用下沿該 拉取方向逐漸脫離基底12的生長表面122的同時(shí)，由于范德華力作用，該選定的多個(gè)碳納 米管分別與其它碳納米管首尾相連地連續(xù)地被拉出，從而形成一連續(xù)的碳納米管膜20。該 碳納米管膜20中的碳納米管的排列方向基本平行于該碳納米管膜20的拉取方向。所述一定角度可記為拉膜角度α，所述拉膜角度的范圍為大于0°，小于等于 50°，優(yōu)選為大于0°，小于等于5°。本實(shí)施例中，所述三個(gè)碳納米管陣列的拉膜角度依次 為 α ” α 2、Ci3，其中 Ci1 < α2 < α3，其中 Ci1 介于 0° 至 5°，α 2 介于 5° 至 10°，α3介 于10°至15°。若基底12的長度為L，拉膜角度為α，則任一碳納米管陣列與其上方的碳
納米管陣列的距離應(yīng)大于A，以保證在拉膜過程中每一碳納米管陣列均不被其上方的
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碳納米管陣列阻擋。
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可以理解，采用多個(gè)拉伸工具依次從所述多個(gè)碳納米管陣列10拉膜可獲得多個(gè) 碳納米管膜20。在步驟S103中，本實(shí)施例中，提供一基準(zhǔn)位置22，在該基準(zhǔn)位置22合并所述多個(gè) 碳納米管膜20，以形成一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26可以通過下述方法實(shí)現(xiàn)。該方法包括以下 步驟(1)提供一基準(zhǔn)位置22 ；在該基準(zhǔn)位置22，將所述多個(gè)碳納米管膜20合并為一個(gè) 預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)24。在步驟S102中的拉膜過程中，所述多個(gè)碳納米管的拉膜方向即是朝向一基準(zhǔn)位 置22拉膜。所述多個(gè)碳納米管膜20匯聚至基準(zhǔn)位置22后，即可將其合并。相比于將多個(gè) 碳納米管膜20先后合并的情況，在一基準(zhǔn)位置22合并多個(gè)碳納米管膜20可簡化制備碳納 米管線狀結(jié)構(gòu)的方法，提高生產(chǎn)效率。將所述多個(gè)碳納米管膜20進(jìn)行合并加工處理，使該多個(gè)碳納米管膜20合并為一 預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)24。由于每個(gè)碳納米管膜20都有較強(qiáng)的粘性，所以所述多個(gè)碳納 米管膜20合并之后將會(huì)相互粘結(jié)在一起。(2)用有機(jī)溶劑32處理所述預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)24，得到一個(gè)碳納米管線狀 結(jié)構(gòu)26。具體地，可以通過試管或滴瓶30將有機(jī)溶劑32滴落在所述預(yù)處理碳納米管線狀 結(jié)構(gòu)24的表面，浸潤整個(gè)預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)24。本實(shí)施例中，將一滴瓶30放置于預(yù) 處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)24上方，滴瓶30底部具有一滴口 34，有機(jī)溶劑32從滴口 34滴落于 預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)24的表面。該有機(jī)溶劑32為易揮發(fā)性的有機(jī)溶劑，如乙醇、甲醇、 丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實(shí)施例中所述有機(jī)溶劑采用乙醇。該預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)24 經(jīng)有機(jī)溶劑32浸潤處理后，在揮發(fā)性有機(jī)溶劑32的表面張力的作用下，該預(yù)處理碳納米管 線狀結(jié)構(gòu)24收縮成一碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26。該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26包括多個(gè)碳納米管， 該多個(gè)碳納米管通過范德華力首尾相連且沿碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26的長度方向平行且緊密 排列；且從該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26的橫截面分不出該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26是由幾個(gè)碳納 米管膜組成的，各個(gè)碳納米管膜均勻分散其中，且各個(gè)碳納米管膜之間沒有明顯的界面。進(jìn)一步地，還可以采用一烘干步驟烘干該采用有機(jī)溶劑處理后的碳納米管線狀結(jié) 構(gòu)26。具體地，可以使所述經(jīng)有機(jī)溶劑處理后的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26通過一烘干箱36，該 烘干箱36的溫度為80°C 100°C，使該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26中的有機(jī)溶劑迅速揮發(fā)，使得 碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26中的碳納米管更緊密排列。另外，也可以采用一吹風(fēng)機(jī)將該經(jīng)過有機(jī) 溶劑處理的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26中的有機(jī)溶劑吹干。該烘干后的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26的 直徑不小于120微米。本實(shí)施例中，所述烘干后的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26的直徑為200微米。進(jìn)一步，收集所制得的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26。具體為采用電機(jī)38將該碳納米管線 狀結(jié)構(gòu)26纏繞到該電機(jī)38的卷軸28上。可以理解，也可采用手工的方法將該碳納米管線 狀結(jié)構(gòu)26卷到卷軸28上?？梢岳斫?，上述制備碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26的過程是連續(xù)進(jìn)行的。請參閱圖6，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，該制備方 法主要包括以下步驟步驟S201 提供多個(gè)基底42，每一基底42均具有一生長有碳納米管陣列40的生
7長表面422，所述多個(gè)基底42的生長表面422處于不同的平面。所述提供多個(gè)生長有碳納米管陣列40的基底42的制備方法及該碳納米管陣列40 的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明第一實(shí)施例步驟SlOl中提供的生長有碳納米管陣列10的基底12的制備 方法及碳納米管陣列10的結(jié)構(gòu)相似。不同之處在于，該第二實(shí)施例中的多個(gè)生長有碳納米 管陣列10的基底42成扇形排列。該多個(gè)基底42的數(shù)量為四個(gè)，采用扇形的排列方式，其 中，該四個(gè)基底42的生長表面422均位于不同的平面。步驟S202 以一定速度沿與每一碳納米管陣列40的基底42的生長表面成0°至 50°的拉膜角度拉取碳納米管陣列40以獲得多個(gè)碳納米管膜50。所述步驟S202中的碳納米管膜50的制備方法與第一實(shí)施例中步驟S102的制備 方法相似。其不同之處在于，本實(shí)施例中四個(gè)碳納米管陣列40的拉膜角度Yl、Y2,
Y4的大小相等且均大于0°小于5°。由于，碳納米管陣列拉膜的角度優(yōu)選為大于0°小于 5°。因此，采用扇形排列的方式可以使碳納米管陣列的拉膜角度變小，有助于提高碳納米 管陣列的拉膜質(zhì)量，進(jìn)而提高所制備的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。若基底42的長度為L，其
拉膜角度為Y，則任一碳納米管陣列40與其上方的碳納米管陣列40的距離應(yīng)大于A，
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以保證在拉膜過程中每一碳納米管陣列40均不被其上方的碳納米管陣列40阻擋。步驟S203 提供一基準(zhǔn)位置52，在該基準(zhǔn)位置52合并所述多個(gè)碳納米管膜50，以 形成一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)54。該步驟S203具體包括以下步驟(1)提供一基準(zhǔn)位置52，在該基準(zhǔn)位置52，將所 述多個(gè)碳納米管膜50合并為一個(gè)預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)54 ； (2)扭轉(zhuǎn)所述預(yù)處理碳納米 管線狀結(jié)構(gòu)54 ； (3)用有機(jī)溶劑62處理所述扭轉(zhuǎn)后的預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)55，得到一 個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)56。所述步驟(1)提供一基準(zhǔn)位置52，在該基準(zhǔn)位置52，將所述多個(gè)碳納米管膜50合 并為一個(gè)預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)54的步驟與第一實(shí)施例中在一基準(zhǔn)位置22，將所述多 個(gè)碳納米管膜20合股從而合并為一個(gè)預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)24的步驟相似。在步驟S202中的拉膜過程中，所述多個(gè)碳納米管膜50的拉膜方向即是朝向一基 準(zhǔn)位置52拉膜。所述多個(gè)碳納米管膜50匯聚至基準(zhǔn)位置52后，即可將其合并。相比于將 多個(gè)碳納米管膜50先后合并的情況，在一基準(zhǔn)位置52合并多個(gè)碳納米管膜50可簡化制備 碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的方法，提高生產(chǎn)效率。所述步驟(2)中，采用一機(jī)械力扭轉(zhuǎn)所述預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)54，得到一扭 轉(zhuǎn)的預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)55。其中，所述扭轉(zhuǎn)的預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)55包括多個(gè) 繞該扭轉(zhuǎn)的預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)55的軸向螺旋排列的碳納米管；且從該扭轉(zhuǎn)的預(yù)處 理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)55的橫截面分不出該扭轉(zhuǎn)的預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)55是由幾個(gè)碳 納米管膜50組成的，各個(gè)碳納米管膜50均勻分散其中，且各個(gè)碳納米管膜50之間沒有明 顯的界面。具體地，該扭轉(zhuǎn)的預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)55包括多個(gè)碳納米管片段，該多個(gè) 碳納米管片段通過范德華力首尾相連，每一碳納米管片段包括多個(gè)相互平行并通過范德華 力緊密結(jié)合的碳納米管。該碳納米管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉(zhuǎn)的 預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)55長度不限。所述步驟(3)用有機(jī)溶劑62處理所述扭轉(zhuǎn)后的預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)55，得到
8一個(gè)扭轉(zhuǎn)的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)56的方法與第一實(shí)施例中用有機(jī)溶劑32處理所述預(yù)處理碳 納米管線狀結(jié)構(gòu)24，得到一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)26的方法相同。進(jìn)一步地，可以采用一烘干步驟烘干該采用有機(jī)溶劑62處理后的碳納米管線狀 結(jié)構(gòu)56 ；以及一收集所制得的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)56的步驟。其中，所述烘干步驟以及收集 步驟與本發(fā)明第一實(shí)施例提供的烘干步驟和收集步驟相似?？梢岳斫猓隼〖疤幚碓?多個(gè)碳納米管膜50的步驟可連續(xù)進(jìn)行。本發(fā)明第三實(shí)施例提供一種碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其與第一實(shí)施例提供 的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法基本相似。主要區(qū)別在于，本實(shí)施例在從所述多個(gè)碳納米 管陣列中拉取獲得多個(gè)碳納米管膜的步驟之后，進(jìn)一步地要在該多個(gè)碳納米管膜上形成至 少一層金屬材料，從而形成多個(gè)碳納米管復(fù)合膜；處理所述多個(gè)碳納米管復(fù)合膜，以形成一 個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法主要包括以下步驟步驟S301，提供多個(gè)基底，每一基底均具有一生長有碳納米管陣列的生長表面，所 述多個(gè)基底的生長表面處于不同的平面。步驟S302，以一定速度沿與每一碳納米管陣列的基底的生長表面成0°至50°的 拉膜角度拉取碳納米管陣列以獲得多個(gè)碳納米管膜。步驟S303，在所述多個(gè)碳納米管膜上形成至少一層金屬材料，從而形成多個(gè)碳納
米管復(fù)合膜。在步驟S303中，所述金屬材料的材料優(yōu)選為金、銀、鉬、銅或其合金，該金屬材料 的厚度優(yōu)選為1 20納米。所述在多個(gè)碳納米管膜上形成至少一層金屬材料的方法可采 用物理方法，如物理氣相沉積法(PVD)包括真空蒸鍍或離子濺射等，也可采用化學(xué)方法，如 電鍍或化學(xué)鍍等。優(yōu)選地，本實(shí)施例采用真空蒸鍍法在所述多個(gè)碳納米管膜上先形成一層 銅金屬材料，后形成一層鉬金屬材料。所述碳納米管復(fù)合膜包括一碳納米管膜及至少一層金屬材料，且至少有部分金屬 材料形成于該碳納米管膜中的碳納米管表面。本實(shí)施例中，所述碳納米管復(fù)合膜包括一碳 納米管膜、一層銅金屬材料及一層鉬金屬材料。步驟S304，合并所述多個(gè)碳納米管復(fù)合膜，以形成一碳納米管線狀復(fù)合結(jié)構(gòu)。步驟S304與第一實(shí)施例之步驟S103相似。本實(shí)施例提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的 結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相似，不同之處在于該碳納米管線狀 結(jié)構(gòu)為碳納米管線狀復(fù)合結(jié)構(gòu)。該碳納米管線狀復(fù)合結(jié)構(gòu)包括多個(gè)通過范德華力首尾相 連的碳納米管，且該多個(gè)碳納米管沿碳納米管線狀復(fù)合結(jié)構(gòu)的長度方向平行排列且緊密排 列；且該多個(gè)碳納米管的表面設(shè)置有至少一層金屬材料。另外，從該碳納米管線狀復(fù)合結(jié)構(gòu) 的橫截面分不出該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)是由幾個(gè)碳納米管復(fù)合膜組成的，各個(gè)碳納米管復(fù)合 膜均勻分散其中，且各個(gè)碳納米管復(fù)合膜之間沒有明顯的界面。本實(shí)施例中，該碳納米管線 狀結(jié)構(gòu)包括多個(gè)通過范德華力首尾相連的碳納米管，且該多個(gè)碳納米管沿同碳納米管線狀 結(jié)構(gòu)的長度方向平行排列且緊密排列；且該多個(gè)碳納米管的表面設(shè)置有一層銅金屬材料及 一層鉬金屬材料，且該銅金屬材料設(shè)置于該多個(gè)碳納米管與鉬金屬材料之間。可以理解，也可以在本發(fā)明第二實(shí)施例提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法的步 驟S202，即從所述多個(gè)碳納米管陣列中拉取獲得多個(gè)碳納米管膜的步驟之后，在該多個(gè)碳 納米管膜上形成至少一層金屬材料，從而形成多個(gè)碳納米管復(fù)合膜；處理所述多個(gè)碳納米
9管復(fù)合膜，以形成一個(gè)扭轉(zhuǎn)的碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)。該扭轉(zhuǎn)的碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)包 括多個(gè)通過范德華力首尾相連的碳納米管，且該多個(gè)碳納米管沿該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線狀結(jié) 構(gòu)的軸向螺旋排列；且該多個(gè)碳納米管的表面設(shè)置有至少一層金屬材料。另外，從該扭轉(zhuǎn)的 碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)的橫截面分不出該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)是由幾個(gè)碳納米管復(fù) 合膜組成的，各個(gè)碳納米管復(fù)合膜均勻分散其中，且各個(gè)碳納米管復(fù)合膜之間沒有明顯的 界面。本發(fā)明提供的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法采用多個(gè)碳納米管陣列拉膜制得多 個(gè)碳納米管膜，之后合并所述多個(gè)碳納米管膜，以形成一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)。該碳納米管 線狀結(jié)構(gòu)具有較大的直徑，因此具有較好的機(jī)械強(qiáng)度及韌性。由于可通過控制用于拉膜的 生長有碳納米管陣列的基底的個(gè)數(shù)，因此該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的直徑可控，故，該碳納米管 線狀結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍較廣。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，這些依據(jù)本發(fā)明精神 所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟提供多個(gè)基底，每一基底均具有一生長有碳納米管陣列的生長表面，所述多個(gè)基底的 生長表面處于不同的平面；沿與每一基底的生長表面成0°至50°的拉膜角度拉取碳納米管陣列以獲得多個(gè)碳 納米管膜；提供一基準(zhǔn)位置，在該基準(zhǔn)位置合并所述多個(gè)碳納米管膜，以形成一個(gè)碳納米管線狀 結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述合并多個(gè)碳 納米管膜，以形成一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的方法包括以下步驟將所述多個(gè)碳納米管膜合 并為一個(gè)預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)；采用有機(jī)溶劑處理該預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)以得到 一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述采用有機(jī)溶 劑處理該預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)以得到一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的步驟之后進(jìn)一步包括 烘干所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的步驟。
4.如權(quán)利要求2所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述將所述多個(gè) 碳納米管膜合并為一個(gè)預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的步驟之后，采用有機(jī)溶劑處理該預(yù)處理 碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的步驟之前，進(jìn)一步包括扭轉(zhuǎn)所述預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，得到一扭 轉(zhuǎn)的預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的步驟。
5.如權(quán)利要求2所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述將多個(gè)碳納 米管膜合并為一個(gè)預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的方法為將該多個(gè)碳納米管膜合股成為一個(gè) 預(yù)處理碳納米管線狀結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述獲得多個(gè)碳 納米管膜的步驟之后，合并多個(gè)碳納米管膜的步驟之前進(jìn)一步包括在所述多個(gè)碳納米管膜 上形成至少一層金屬材料的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述在多個(gè)碳納 米管膜上形成至少一層金屬材料的方法包括物理氣相沉積法、化學(xué)鍍法或電鍍法。
8.如權(quán)利要求1所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)基底呈 直線形排列、扇形排列或呈鋸齒形排列。
9.如權(quán)利要求1所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述碳納米管線 狀結(jié)構(gòu)包括多個(gè)通過范德華力首尾相連的碳納米管，且該多個(gè)碳納米管沿著碳納米管線狀 結(jié)構(gòu)的長度方向平行排列。
10.如權(quán)利要求4所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述碳納米管線 狀結(jié)構(gòu)包括多個(gè)通過范德華力首尾相連的碳納米管，且該多個(gè)碳納米管沿該碳納米管線狀 結(jié)構(gòu)的軸向螺旋排列。
11.如權(quán)利要求8所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)基底沿 垂直于基底的生長表面的方向重疊排列即呈直線形排列。
12.如權(quán)利要求11所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)基底 為三個(gè)基底，該三個(gè)基底的生長表面上的碳納米管陣列的拉膜角度為α PdyCi3，其中Ci1 < α2< α3，其中Ci1介于0°至5°，α2介于5°至10°，α3介于10°至15°。
13.如權(quán)利要求11所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述基底的長 度為L，所述拉膜角度為α，所述碳納米管陣列中的任一碳納米管陣列與其上方的碳納米管陣列的距離大于」一。 tana
14.如權(quán)利要求8所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)基底呈 扇形排列。
15.如權(quán)利要求14所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)基底 的生長表面上的碳納米管陣列的拉膜角度均介于0°至5°。
16.如權(quán)利要求1所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述形成一個(gè)碳 納米管線狀結(jié)構(gòu)的步驟之后進(jìn)一步包括一收集所形成的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的步驟。
17.如權(quán)利要求16所述的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述收集所形 成的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的步驟具體為采用電機(jī)將該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)纏繞在電機(jī)的卷軸 上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟提供多個(gè)基底，每一基底均具有一生長有碳納米管陣列的生長表面，所述多個(gè)基底的生長表面處于不同的平面；沿與每一基底的生長表面成0°至50°的拉膜角度拉取碳納米管陣列以獲得多個(gè)碳納米管膜；提供一基準(zhǔn)位置，在該基準(zhǔn)位置合并所述多個(gè)碳納米管膜，以形成一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C01B31/00GK102001641SQ20091018991
公開日2011年4月6日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者馮辰, 姜開利, 范守善 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司