專利名稱：碳納米管絲及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管材料，尤其涉及一種碳納米管絲狀物及其制作方法。
背景技術：
碳納米管是1991年由日本科學家飯島澄男教授發(fā)現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、熱學及電學性質。碳納米管應用領域非常廣闊，例如，它可用于制作場效應晶體管、原子力顯微鏡針尖、場發(fā)射電子槍、納米模板等等。但是，目前基本上都是在微觀尺度下應用碳納米管，操作較困難。所以，將碳納米管組裝成宏觀尺度的結構對于碳納米管的宏觀應用具有重要意義。
范守善等人在Nature，2002，419801，Spinning Continuous CNT Yarns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，這種碳納米管線包括多個在范德華力作用下首尾相接的碳納米管束片段，每個碳納米管束片段具有大致相等的長度，且每個碳納米管束片段由多個相互平行的碳納米管束構成。如圖1所示為一個從一超順排碳納米管陣列10拉出一根連續(xù)碳納米管線14的簡單模型。多個碳納米管束片段12在范德華力的作用下首尾相接構成連續(xù)的碳納米管線14。但單根這種碳納米管線14的機械強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。
為了更好地將這種碳納米管線應用于宏觀領域，我們將很多根這種碳納米管線14合并在一起構成一碳納米管膜，這種碳納米管膜在機械強度及韌性等方面都比單根碳納米管線要好一些。但通常這種碳納米管膜有數厘米寬，卻只有數微米厚，其表面非常干凈，表面體積比非常大，所以其具有很強的粘性，一旦接觸到其他物體便會粘住且很難分開，因而大大限制了該種碳納米管膜在宏觀領域的進一步應用。
有鑒于此，提供一種可方便地應用于宏觀領域的碳納米管絲，以及該碳納米管絲的制作方法實為必要。

發(fā)明內容下面將以具體實施例說明一種可方便地應用于宏觀領域的碳納米管絲，以及該碳納米管絲的制作方法。
一種碳納米管絲的制作方法，其包括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過一有機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。
以及，一種碳納米管絲，其是由若干根碳納米管線緊密結合在一起所構成的，其中，所述碳納米管線包括多個首尾相接的碳納米管束片段，每個碳納米管束片段具有大致相等的長度，且每個碳納米管束片段由多個相互平行的碳納米管束構成。
所述碳納米管絲的制作方法，通過將從一超順排碳納米管陣列拉出的碳納米管膜經過一有機溶劑浸潤處理再收集即可，簡單易行。所述碳納米管絲，是由若干根碳納米管線緊密結合在一起所構成的，其中，所述碳納米管線包括多個首尾相接的碳納米管束片段，每個碳納米管束片段具有大致相等的長度，且每個碳納米管束片段由多個相互平行的碳納米管束構成。該碳納米管絲表面體積比小，無粘性，且具有良好的機械強度及韌性，能方便地應用于宏觀的多個領域。

圖1是現有技術中從一超順排碳納米管陣列拉出一根連續(xù)碳納米管線的模型圖。
圖2是本發(fā)明實施例制作碳納米管絲的過程示意圖。
圖3是本發(fā)明實施例中碳納米管膜的SEM照片。
圖4是本發(fā)明實施例中第一容器的流道在其通孔處的截面圖。
圖5是本發(fā)明實施例所制得的碳納米管絲的SEM照片。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發(fā)明實施例作進一步的詳細說明。
本實施例所提供的一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過一有機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。
請參閱圖2至圖5，以下將具體介紹各個步驟(1)提供一超順排碳納米管陣列20。本實施例采用化學氣相沉積法生長一超順排碳納米管陣列20的方法，可參見中國大陸專利申請公開第02134760.3號。該超順排碳納米管陣列20的生長方法主要包括步驟(a)提供一平滑基底，該基底可選用p型或n型硅基底；(b)在該基底上沉積一催化劑層，該催化劑層的材質可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其合金之一；(c)將沉積有催化劑層的基底在保護氣體中以300～400℃溫度進行退火處理，時間約為10小時；(d)將退火處理后的沉積有催化劑層的基底加熱至500～700℃，通入碳源氣與保護氣體的混合氣體，控制該碳源氣的流速，使催化劑與環(huán)境的溫度差在50℃以上，控制該混合氣體的流速比，使碳源氣的分壓低于20％，反應5～30分鐘，碳納米管陣列將從基底長出。其中，碳源氣為碳氫化合物，可為乙炔、乙烷等，優(yōu)選用乙炔，該保護氣體為惰性氣體或氮氣。由上述方法制作得到的超順排碳納米管陣列20中的碳納米管呈束狀密集排列，具有很高的表面密度，且碳納米管束之間存在很強的范德華力，其不僅直徑大小分布比較集中，而且直徑大小幾乎相同。
(2)采用一拉伸工具從該超順排碳納米管陣列20中拉取一碳納米管膜24。其可按以下方法操作(a)從上述超順排碳納米管陣列20中選定一包括多個碳納米管束的碳納米管束片段；(b)使用拉伸工具，如鑷子，沿起始拉力方向拉伸該碳納米管束片段。在該拉伸過程中，碳納米管束片段在拉力的作用下沿拉力方向伸長的同時，碳納米管束片段兩端將由于范德華力的作用而首尾相接地連接在一起，從而形成一連續(xù)的碳納米管線22，該碳納米管線22類似于圖1模型中的碳納米管線14。反復拉取多次，使拉出的多根碳納米管線22合并在一起構成所述該碳納米管膜24。這種新拉出來的碳納米管膜24有數微米厚、數厘米寬，如圖3所示即為本實施例中新拉出的碳納米管膜24的SEM照片。
(3)將拉出的碳納米管膜24經過一有機溶劑浸潤處理后收縮成為一碳納米管絲30。具體操作如下在碳納米管膜24的一側斜上方放置一第一容器40，其用于盛裝處理碳納米管膜24的有機溶劑50。該有機溶劑50為揮發(fā)性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿，本實施例中采用乙醇。該容器40具有一流道42，該流道42有一通孔44，用于給碳納米管膜24供給有機溶劑。如圖4所示為流道42在其通孔44處的截面圖。將所述碳納米管膜24收攏并使其穿過所述通孔44。有機溶劑50從流道42流出，同時將碳納米管膜24從流道42的通孔連續(xù)拉伸出，使碳納米管膜24在流道42的通孔44處被有機溶劑50浸潤。當然，也可不用收攏碳納米管膜24，直接用一個可使該碳納米管膜24穿過且可浸潤該碳納米管膜24的裝置。在流道42的通孔44下方放置一第二容器60，用于盛裝遺漏的有機溶劑。將碳納米管膜24經揮發(fā)性有機溶劑50浸潤處理后，將該碳納米管膜24拉過該通孔44時，在揮發(fā)性有機溶劑50表面張力的作用下，碳納米管膜24收縮成直徑為20～30微米的碳納米管絲30。如圖5所示即為所制得的碳納米管絲30的SEM照片。該碳納米管絲30是由若干根碳納米管線緊密結合在一起所構成的，其中，所述碳納米管線包括多個首尾相接的碳納米管束片段，每個碳納米管束片段具有大致相等的長度，且每個碳納米管束片段由多個相互平行的碳納米管束構成。該碳納米管絲30表面體積比小，無粘性，且具有良好的機械強度及韌性，能方便地應用于宏觀的多個領域。
(4)收集所制得的碳納米管絲30。具體為采用電機70將該碳納米管絲30卷到線軸80上即可。當然也可采用手工將其卷到線軸上，使其可方便地在宏觀領域進一步應用。
當然，可以理解的是，也可以將拉取出來的整個碳納米管膜完全浸泡在有機溶劑內使其浸潤后從該有機溶劑中取出，在該有機溶劑的表面張力作用下，該碳納米管膜也可收縮成一碳納米管絲，再用線軸等工具將該碳納米管絲卷起收集即可。
權利要求
1.一種碳納米管絲的制作方法，包括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過一有機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。
2.如權利要求1所述碳納米管絲的制作方法，其特征在于，所述超順排碳納米管陣列是采用化學氣相沉積法制作的。
3.如權利要求1所述碳納米管絲的制作方法，其特征在于，所述拉伸工具為鑷子。
4.如權利要求1所述碳納米管絲的制作方法，其特征在于，所述碳納米管膜包括若干根并行排列的碳納米管線。
5.如權利要求4所述碳納米管絲的制作方法，其特征在于，所述碳納米管線包括多個在范德華力作用下首尾相接的碳納米管束片段，每個碳納米管束片段具有大致相等的長度，且每個碳納米管束片段由多個相互平行的碳納米管束構成。
6.如權利要求1所述碳納米管絲的制作方法，其特征在于，所述有機溶劑為揮發(fā)性有機溶劑。
7.如權利要求6所述碳納米管絲的制作方法，其特征在于，所述揮發(fā)性有機溶劑選自乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿。
8.一種碳納米管絲，其特征在于，該碳納米管絲是由若干根碳納米管線緊密結合在一起所構成，其中，該碳納米管線包括多個首尾相接的碳納米管束片段，每個碳納米管束片段具有大致相等的長度，且每個碳納米管束片段由多個相互平行的碳納米管束構成。
9.如權利要求8所述的碳納米管絲，其特征在于，該碳納米管絲的直徑為20～30微米。
全文摘要
本發(fā)明提供一種碳納米管絲的制作方法，通過將從一超順排碳納米管陣列拉出的碳納米管膜經過一有機溶劑浸潤處理后收縮成一碳納米管絲，再收集即可，該方法簡單易行。通過本方法所制得的碳納米管絲，是由若干根碳納米管線緊密結合在一起所構成的，其中，所述碳納米管線包括多個首尾相接的碳納米管束片段，每個碳納米管束片段具有大致相等的長度，且每個碳納米管束片段由多個相互平行的碳納米管束構成。該碳納米管絲表面體積比小，無粘性，且具有良好的機械強度及韌性，能方便地應用于宏觀的多個領域。
文檔編號C01B31/02GK1982209SQ20051012071
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月16日 優(yōu)先權日2005年12月16日
發(fā)明者姜開利, 范守善 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司