碳纳米管绞线及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管绞线的制备方法，其包括以下步骤：提供至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管，该多个碳纳米管的轴向基本沿同一方向延伸；沿碳纳米管的轴向施加两个相反外力作用于该至少一碳纳米管膜，使该至少一碳纳米管膜中至少部分的碳纳米管在该外力拉力的作用下沿碳纳米管轴向绷直；以及扭转该至少一碳纳米管膜，获得一碳纳米管绞线。本发明专利技术还涉及一碳纳米管绞线。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种绞线及其制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的绞线及其制备 方法。
技术介绍
碳纳米管是一种由石墨烯片卷成的中空管状物，其具有优异的力学、热学及电学 性质。碳纳米管应用领域非常广阔，例如，它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、纳米模板等等。但是，目前基本上都是在微观尺度下应用碳纳米管，操作较 困难。所以，将碳纳米管组装成宏观尺度的结构对于碳纳米管的宏观应用具有重要意义。Baughman等人在2008年7月17日公开的美国第US20080170982号公开专利中揭 露了一种碳纳米管绞线的制备方法，如该专利的图2所示，其以扭转拉伸的方式从碳纳米 管阵列中边扭转边拉取，从而获得一碳纳米管绞线。该碳纳米管绞线中，碳纳米管绕绞线的 轴向螺旋排列。然而，以扭转拉取的方式形成碳纳米管绞线的过程中，由于碳纳米管阵列对该碳 纳米管绞线提供的拉力有限，该绞线内部的碳纳米管间仍然具有较大间隙，从而使该碳纳 米管绞线的密度较低，拉伸应力(tensile stress)仍需进一步提高。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种具有较高密度及拉伸应力的碳纳米管绞线及其制备 方法。一种碳纳米管绞线的制备方法，其包括以下步骤提供至少一碳纳米管膜，该碳纳 米管膜包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管，该多个碳纳米管的轴向基本沿同一方 向延伸；沿碳纳米管的轴向施加两个相反外力作用于该至少一碳纳米管膜，使该至少一碳 纳米管膜中至少部分的碳纳米管在该外力拉力的作用下沿碳纳米管轴向绷直；以及扭转该 至少一碳纳米管膜，获得一碳纳米管绞线。—种碳纳米管绞线的制备方法，其包括以下步骤提供至少一碳纳米管阵列；采 用至少一拉伸工具分别从该至少一碳纳米管阵列中拉取获得至少一碳纳米管膜，所述拉伸 工具与该碳纳米管膜的一端固定，该碳纳米管膜的另一端与所述碳纳米管阵列相连接，该 碳纳米管膜中的碳纳米管的轴向基本沿拉伸方向延伸；提供至少一支撑体；将该拉取获得 的碳纳米管膜通过该至少一支撑体支撑；通过所述拉伸工具与至少一支撑体对该碳纳米管 膜施加两个方向相反且平行于该碳纳米管膜中碳纳米管的轴向的拉力，使该至少一碳纳米 管膜中至少部分碳纳米管在该拉力的作用下沿碳纳米管轴向绷直；以及扭转所述碳纳米管 膜，形成一碳纳米管绞线。一种碳纳米管绞线，其包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管，该多个碳纳 米管绕该碳纳米管绞线的轴向螺旋状旋转排列，其中，该碳纳米管绞线的力学拉伸应力大 于 1200Mpa。4与现有技术比较，所述的通过先对从碳纳米管阵列中 拉取获得的碳纳米管膜施加力的作用，然后扭转碳纳米管膜形成碳纳米管绞线，其中，所施 加的力可使该碳纳米管膜中的碳纳米管绷直。当该碳纳米管绷直后，相邻的碳纳米管之间 的间隙减小，从而使形成的碳纳米管绞线具有更高的密度及拉伸应力。附图说明图1是本专利技术第一实施例碳纳米管绞线的制备方法的流程图。图2是本专利技术第一实施例碳纳米管绞线的制备方法的过程示意图。图3是形成本专利技术第一实施例碳纳米管绞线的碳纳米管膜的扫描电镜照片。图4是图3的碳纳米管膜中碳纳米管片段的结构示意图。图5是本专利技术第二实施例碳纳米管绞线的制备方法的流程图。图6是本专利技术第二实施例碳纳米管绞线的制备方法的过程示意图。图7是本专利技术第二实施例同时拉取多个碳纳米管阵列制备碳纳米管绞线的过程 示意图。图8是本专利技术第二实施例有机溶剂处理的过程示意图。图9是本专利技术第三实施例碳纳米管绞线的制备方法的流程图。图10是本专利技术第三实施例碳纳米管绞线的制备方法的过程示意图。图11是本专利技术第四实施例碳纳米管绞线的制备方法的流程图。图12是本专利技术第四实施例碳纳米管绞线的制备方法的俯视示意图。图13是本专利技术实施例碳纳米管绞线的扫描电镜照片。具体实施例方式以下将结合附图详细说明本专利技术实施例碳纳米管绞线的结构及其制备方法。请参阅图1及图2，本专利技术第一实施例中碳纳米管绞线10的制备方法主要包括以 下步骤步骤一提供至少一碳纳米管膜100。该碳纳米管膜100包括多个碳纳米管基本相互平行且该多个碳纳米管的轴向基 本沿该碳纳米管膜100的长度方向延伸。请参阅图3，所述碳纳米管膜包括多个平行于碳纳 米管膜100表面，且基本沿同一方向择优取向排列的碳纳米管。所述碳纳米管通过范德华 力首尾相连。具体地，请参阅图4，每一碳纳米管膜100包括多个连续且定向排列的碳纳米 管片段143。该多个碳纳米管片段143通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段143包 括多个相互平行的碳纳米管145，该多个相互平行的碳纳米管145通过范德华力紧密结合。 该碳纳米管片段143具有任意的长度、厚度、均勻性及形状。在该碳纳米管膜中，相邻且并 排的碳纳米管之间具有间隙。由于该碳纳米管膜100中的多个碳纳米管通过范德华力首尾 相连，所述碳纳米管膜100为一自支撑结构。所谓自支撑结构即该碳纳米管膜100无需通 过支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。所述碳纳米管膜100的制备方法可包括以下步骤首先，提供一碳纳米管阵列形成于一生长基底。该碳纳米管阵列的制备方法可采用化学气相沉积法、石墨电极恒流电弧放电沉积法或激光蒸发沉积法等。该碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于生长基底生长的碳纳 米管形成的纯碳纳米管阵列。通过上述控制生长条件，该定向排列的碳纳米管阵列中基本 不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。本专利技术实施例提供的碳纳米管阵列 为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列及多壁碳纳米管阵列中的一种。所述碳纳米管的 直径为1 50纳米，长度为50纳米 5毫米。本实施例中，碳纳米管的长度优选为100 900微米。其次，采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取碳纳米管获得至少一碳纳米管膜 100，其具体包括以下步骤(a)从所述超顺排碳纳米管阵列中选定一个或具有一定宽度的 多个碳纳米管，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带、镊子或夹子接触碳纳米管阵列 以选定一个或具有一定宽度的多个碳纳米管；(b)以一定速度拉伸该选定的碳纳米管，从 而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管膜100。该拉取方向沿基 本垂直于碳纳米管阵列的生长方向。在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离生长 基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片段分别与其它碳纳米管片段首 尾相连地连续地被拉出，从而形成一连续、均勻且具有一定宽度的碳纳米管膜100。该碳纳 米管膜100包括多个首尾相连的碳纳米管，该碳纳米管基本沿拉伸方向择优取向排列。该碳纳米管膜100的宽度与碳纳米管阵列的尺寸以及步骤(a)中选定的多个碳纳 米管的宽度有关，该碳纳米管膜100的长度不限，可根据实际需求制得。当该碳纳米管阵列 的面积为4英寸时，该碳纳米管膜100的宽度为0. 5纳米 10厘米。该碳纳米管膜100的 厚度为0. 5纳米 100微米。可以理解，在该碳纳米管膜100从所述碳纳米管阵列中拉出的过程中，所述碳纳 米管阵列面积不断减小，所述碳纳米管阵列中的碳纳米管不断被从碳纳米管阵列中首尾相 连的拉出从而形成所述碳纳米管膜100，该碳纳米管膜100 —端与所述拉伸工具相连，一端 与所述碳纳米管阵列相连。当碳纳米管阵列中的所有碳纳米管全部被从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管绞线的制备方法，其包括以下步骤：提供至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管，该多个碳纳米管的轴向基本沿同一方向延伸；沿碳纳米管的轴向施加两个相反外力作用于该至少一碳纳米管膜，使该至少一碳纳米管膜中至少部分碳纳米管在该外力的作用下沿碳纳米管轴向绷直；以及扭转该至少一碳纳米管膜，获得一碳纳米管绞线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锴，周睿风，孙颖慧，姜开利，刘亮，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：11