本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域，具體而言，涉及超強(qiáng)碳納米管管束及其制備方法和包含該超強(qiáng)碳納米管管束的器件或裝置。

背景技術(shù)：

碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料。自1991年被日本科學(xué)家iijima報(bào)道以來(lái)(iijima,s.helicalmicrotubulesofgraphiticcarbon.nature354,56-58(1991))，碳納米管由于其優(yōu)異的性質(zhì)，很快就成為納米領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

碳納米管在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)甚至磁學(xué)、光學(xué)等多方面具有優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景，其中一個(gè)非常重要的方面就是其具有優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)。cnts(碳納米管)全部是由碳原子之間通過(guò)sp²雜化形成的σ鍵構(gòu)成的，因而cnts在其軸向方向的力學(xué)強(qiáng)度非常驚人。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明(belytschko,t.,xiao,s.p.,schatz,g.c.&ruoff,r.s.atomisticsimulationsofnanotubefracture.physicalreviewbcondensedmatter65,121-121(2002)；zhang,r.etal.growthofhalf-meterlongcarbonnanotubesbasedonschulz-florydistribution.acsnano7,6156-6161(2013))，cnts的密度僅為鋼鐵的1/6，但是其拉伸強(qiáng)度卻可超越100gpa，斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)15％～20％，拉伸模量可達(dá)1tpa。

目前，在所發(fā)現(xiàn)的所有物質(zhì)中，碳納米管(cnts)是最有可能幫助人類實(shí)現(xiàn)太空天梯夢(mèng)想的材料。不僅是太空天梯,防彈衣及飛行器等的制造也需要輕且強(qiáng)的纖維材料。現(xiàn)有技術(shù)中，將碳納米管作為航空航天材料應(yīng)用也有很多的研究，也有人嘗試過(guò)將多根碳納米管紡成纖維。

然而，目前由碳納米管所制備的宏觀材料所能夠達(dá)到的最高的強(qiáng)度只有8.8gpa(koziol,k.etal.high-performancecarbonnanotubefiber.science318,1892-1895(2007))，而且長(zhǎng)度不到20mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單根的強(qiáng)度(zhang,r.etal.growthofhalf-meterlongcarbonnanotubesbasedonschulz-florydistribution.acsnano7,6156-6161(2013))。結(jié)構(gòu)決定性能，很多微觀結(jié)構(gòu)方面的因素都會(huì)導(dǎo)致碳納米管宏觀體強(qiáng)度的下降。首先，在以往將碳納米管組裝成宏觀體的嘗試中，所使用的原料都是垂直陣列的碳納米管或者聚團(tuán)的碳納米管，而這兩種碳納米管的宏觀體中都存在大量的結(jié)構(gòu)缺陷(zhu,l.,wang,j.&ding,f.thegreatreductionofacarbonnanotube'smechanicalperformancebyafewtopologicaldefects.acsnano(2016))、雜質(zhì)(im,y.-o.etal.utilizationofcarboxylicfunctionalgroupsgeneratedduringpurificationofcarbonnanotubefiberforitsstrengthimprovement.appliedsurfacescience392,342-349,doi:10.1016/j.apsusc.2016.09.060(2017))、混亂的取向(liu,q.etal.highlyaligneddensecarbonnanotubesheetsinducedbymultiplestretchingandpressing.nanoscale6,4338-4344,doi:10.1039/c3nr06704a(2014))，以及不連續(xù)的結(jié)構(gòu)(zhang,x.etal.strongcarbon-nanotubefibersspunfromlongcarbon-nanotubearrays.small3,244-248(2007))。而這些缺點(diǎn)都會(huì)導(dǎo)致碳納米管強(qiáng)度的下降，即使是對(duì)于直徑較小的碳納米管管束，在一般的實(shí)驗(yàn)中也很難將毫米級(jí)長(zhǎng)度碳納米管管束的拉伸強(qiáng)度提高到10gpa以上(pan,z.w.etal.tensiletestsofropesofverylongalignedmultiwallcarbonnanotubes.appliedphysicsletters74,3152-3154,doi:10.1063/1.124094(1999))。

在眾多不同的碳納米管中，超長(zhǎng)碳納米管具有全同手性的完美原子結(jié)構(gòu)和宏觀長(zhǎng)度，其實(shí)際性能與碳納米管理論上應(yīng)具有的超級(jí)性能最為接近,目前已報(bào)道的最長(zhǎng)超長(zhǎng)碳納米管長(zhǎng)度可以達(dá)到55cm(具體可參見(jiàn)：zhang,r.etal.growthofhalf-meterlongcarbonnanotubesbasedonschulz-florydistribution.acsnano7,6156-6161(2013))，并且具有結(jié)構(gòu)完美、方向可控的特點(diǎn)。

為了進(jìn)一步探索其在力學(xué)方面的應(yīng)用，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提供一種超強(qiáng)碳納米管管束，本發(fā)明碳納米管管束無(wú)雜質(zhì)、無(wú)缺陷、取向一致，且結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)連續(xù)，同時(shí)還具有超高的強(qiáng)度。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的超強(qiáng)碳納米管管束的制備方法，本發(fā)明方法具有制備步驟簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，所制得的碳納米管管束強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

一種超強(qiáng)碳納米管管束，所述碳納米管管束是由多根取向一致，結(jié)構(gòu)連續(xù)的超長(zhǎng)碳納米管組成；

其中，所述超長(zhǎng)碳納米管的直徑為0.7～5nm，長(zhǎng)度為1mm～100cm，數(shù)量為2～50,000,000cnts/束。

可選的，本發(fā)明中，所述碳納米管管束是由初始應(yīng)力相近的多根超長(zhǎng)納米管組成。

同時(shí)，本發(fā)明還提供了所述超強(qiáng)碳納米管管束的制備方法，所述方法包括如下步驟：

(a)將負(fù)載有催化劑、且?guī)в歇M槽的生長(zhǎng)基底以及引流件置于反應(yīng)器中；

(b)向反應(yīng)器中通入還原氣體；

(c)通入碳源氣體和載氣混合氣體，并加熱反應(yīng)；

(d)通入還原性氣體，并將反應(yīng)體系降溫，得到超長(zhǎng)碳納米管管束；

(e)將表面生長(zhǎng)有超長(zhǎng)碳納米管管束的生長(zhǎng)基底取出，將生長(zhǎng)基底的狹槽處懸空的超長(zhǎng)碳納米管管束以探針支撐；然后，對(duì)超長(zhǎng)碳納米管管束進(jìn)行預(yù)處理，并通過(guò)碳納米管的自發(fā)弛豫收縮自組裝，調(diào)整其所包含的多根超長(zhǎng)碳納米管的初始應(yīng)力至近乎一致，即得本發(fā)明超強(qiáng)碳納米管管束。

可選的，本發(fā)明中，所述引流件設(shè)置于生長(zhǎng)基底的兩側(cè)。

可選的，本發(fā)明中，所述引流件為楔形、圓柱形、棱錐性，或者棱柱形中的一種；

優(yōu)選的，所述引流件為石英、陶瓷、藍(lán)寶石，或者硅材質(zhì)的引流件。

可選的，本發(fā)明中，步驟(a)中所述催化劑為fe、mo、co、cu，或ni中的單一金屬，或者兩種及以上金屬的合金/混合催化劑；

優(yōu)選的，所述催化劑通過(guò)按壓、光刻蝕、旋涂、蒸鍍或者管壁預(yù)沉積負(fù)載于所述生長(zhǎng)基底。

可選的，本發(fā)明中，步驟(c)中所述加熱反應(yīng)的溫度為800～1200℃，溫度波動(dòng)范圍≤±1℃；

優(yōu)選的，加熱反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)體系內(nèi)壓力為恒正壓，壓力波動(dòng)范圍≤±1pa。

優(yōu)選的，所述碳源氣體為高純氣體，且硫化物濃度＜0.3μl/l，砷化物濃度＜0.3μl/l；

優(yōu)選的，加熱反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)氣流為截面上均勻分布的穩(wěn)定氣流，徑向擾動(dòng)≤±3mm。

可選的，本發(fā)明中，步驟(e)中所述預(yù)處理為破斷、松弛，或者抖動(dòng)。

可選的，本發(fā)明中，所述調(diào)整的對(duì)象為纖維束、繩、帶、膜，或者紙中的至少一種。

進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供了包含所述超強(qiáng)碳納米管管束的器件或裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明超強(qiáng)碳納米管管束具有超高的拉伸強(qiáng)度，并能夠在超強(qiáng)納米纖維領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用；

(2)本發(fā)明制備步驟簡(jiǎn)單，通過(guò)化學(xué)氣相沉積以及弛豫收縮自組裝即能夠制得具有無(wú)雜質(zhì)、無(wú)缺陷、取向一致、超長(zhǎng)連續(xù)，且具有超高強(qiáng)度的碳納米管管束，制備方法便捷，操作簡(jiǎn)單，且產(chǎn)物純度高、性能優(yōu)異。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。

圖1為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)例1提供的制備方法獲得的超長(zhǎng)碳納米管陣列的光學(xué)顯微鏡表征結(jié)果；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的方法使用的裝置示意圖；其中，1-引流件，2-帶狹槽的硅片基底，3-懸空超長(zhǎng)水平碳納米管管束；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1提供的制備方法獲得的超長(zhǎng)碳納米管管束的光學(xué)顯微鏡表征結(jié)果；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1提供的制備方法獲得的超長(zhǎng)碳納米管管束的拉曼峰數(shù)據(jù)圖像；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例2提供的調(diào)整初始應(yīng)力的方法示意圖；a為對(duì)超長(zhǎng)碳納米管管束破斷弛豫操作示意圖，b為超長(zhǎng)碳納米管自發(fā)弛豫收縮自組裝調(diào)整初始應(yīng)力示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例2調(diào)節(jié)初始應(yīng)力前后懸空超長(zhǎng)水平碳納米管管束樣品拉曼峰數(shù)據(jù)；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例2提供的制備方法獲得的超強(qiáng)碳納米管管束的力學(xué)強(qiáng)度數(shù)據(jù)圖像。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

本發(fā)明所提供的超強(qiáng)碳納米管管束，是由多根超長(zhǎng)連續(xù)碳納米管并列形成。其所包含的超長(zhǎng)碳納米管的無(wú)雜質(zhì)、結(jié)構(gòu)完美、超長(zhǎng)連續(xù)、取向一致性好，而且初始應(yīng)力相近。這種組成單元的特性，也使得由這些單元合并形成的超強(qiáng)碳納米管管束具有無(wú)雜質(zhì)、無(wú)缺陷、取向一致，超長(zhǎng)連續(xù)的結(jié)構(gòu)特征，不僅可以呈現(xiàn)超長(zhǎng)碳納米管自身所帶有的超強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，而且在調(diào)整初始應(yīng)力一致后，能夠具有更高的強(qiáng)度，在超強(qiáng)碳納米纖維領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊；

進(jìn)一步的，本發(fā)明超強(qiáng)碳納米管管束的強(qiáng)度在毫米級(jí)長(zhǎng)度上超30gpa；同時(shí)，其所包含的超長(zhǎng)碳納米管的直徑為0.7～5nm，長(zhǎng)度為1mm～100cm；進(jìn)一步的，每束超強(qiáng)碳納米管管束中所包含的超長(zhǎng)碳納米管根數(shù)為2～50,000,000根。

本發(fā)明超強(qiáng)碳納米管管束的制備方法，包括如下步驟：

(a)將負(fù)載有催化劑、且?guī)в歇M槽的生長(zhǎng)基底以及引流件置于反應(yīng)器中；

步驟(a)中，所述催化劑可以為fe、mo、co、cu，或ni中一種的單一金屬催化劑，或者為兩種或更多種金屬所形成的合金/混合催化劑；

催化劑的負(fù)載可以采用按壓、光刻蝕、旋涂、蒸鍍或者管壁預(yù)沉積等方法進(jìn)行；

生長(zhǎng)基底帶有狹槽，因而能夠在狹槽處對(duì)所制得的中間體超長(zhǎng)碳納米管管束進(jìn)行操縱處理，得到所含超長(zhǎng)碳納米管的初始應(yīng)力近乎一致的終產(chǎn)物；

引流件的應(yīng)用，能夠改變所通入的反應(yīng)氣流的方向，在氣流導(dǎo)向作用下漂浮生長(zhǎng)的碳納米管會(huì)發(fā)生聚焦，形成超長(zhǎng)碳納米管管束；如果不使用引流件，所得碳納米管會(huì)呈現(xiàn)水平陣列互相平行，無(wú)法形成管束；

引流件優(yōu)選的為兩個(gè)，并分別設(shè)置于生長(zhǎng)基底沿進(jìn)氣方向的兩側(cè)；

更優(yōu)選的，所述引流件沿進(jìn)氣方向設(shè)置，并在生長(zhǎng)基底的兩側(cè)對(duì)稱平行設(shè)置；

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述引流件的一端(記為引流件a端)靠近生長(zhǎng)基底朝向進(jìn)氣口的一端(記為生長(zhǎng)基底a端)；同時(shí)，引流件a端可以與生長(zhǎng)基底a端平行，或者在引流件a端進(jìn)氣方向上稍落后于生長(zhǎng)基底a端設(shè)置；

引流件的形狀可以為楔形、圓柱形、棱錐性，或者棱柱形中的一種，其材質(zhì)優(yōu)選的為石英、陶瓷、藍(lán)寶石，或者硅材質(zhì)。

(b)向反應(yīng)器中通入還原混合氣體，還原性氣體的通入能夠排出反應(yīng)體系中的空氣，避免氧氣、氮?dú)獾葘?duì)沉積反應(yīng)的影響；

同時(shí)，此步驟中，優(yōu)選的，所述還原性氣體為高純度氣體，更優(yōu)選的，其所包含的硫化物和砷化物濃度要控制在0.3μl/l以下；

(c)通入碳源氣體和載氣混合氣體，并加熱反應(yīng)；

碳源氣體優(yōu)選的為高純氣體，其硫化物和砷化物濃度要控制在0.3μl/l以下；更優(yōu)選的，所述碳源氣體為甲烷、乙烷、乙烯、乙醇、丙烯，或者一氧化碳中的一種或幾種的混合碳源氣體；

同時(shí)，載氣也優(yōu)選的為高純氣體，其所包含的硫化物和砷化物濃度也優(yōu)選的要控制在0.3μl/l以下；更優(yōu)選的，所述載氣為氫氣與氮?dú)?、氬氣，或者氖氣中的一種或幾種的混合載氣；

在此步驟反應(yīng)過(guò)程中，優(yōu)選要保持反應(yīng)體系內(nèi)全程中均為恒正壓，壓力波動(dòng)范圍≤±1pa；

反應(yīng)溫度優(yōu)選的為800～1200℃，同時(shí)，溫度波動(dòng)范圍≤±1℃；

進(jìn)一步優(yōu)選的，加熱反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)氣流為截面上均勻分布的穩(wěn)定氣流，徑向擾動(dòng)≤±3mm；

(d)通入還原性氣體，并將反應(yīng)體系降溫，得到超長(zhǎng)碳納米管管束；

在加熱反應(yīng)結(jié)束后，向反應(yīng)體系內(nèi)通入還原性氣體，并在此過(guò)程中將體系的溫度降至室溫，通入的還原性氣體能夠避免生成的碳納米管在降溫過(guò)程中被燒蝕；

此步驟所得到的超長(zhǎng)碳納米管管束所含的超長(zhǎng)碳納米管幾乎均為不同程度的繃緊狀態(tài)，各超長(zhǎng)碳納米管的初始應(yīng)力并不相同，因而需要進(jìn)一步的處理，才能夠得到具有優(yōu)良特性的本發(fā)明超強(qiáng)碳納米管管束；

(e)將表面生長(zhǎng)有超長(zhǎng)碳納米管管束的生長(zhǎng)基底取出，然后將生長(zhǎng)基底的狹槽處懸空的超長(zhǎng)碳納米管管束以探針支撐；然后，對(duì)超長(zhǎng)碳納米管管束進(jìn)行預(yù)處理，并通過(guò)碳納米管的自發(fā)弛豫收縮自組裝，調(diào)整其所包含的多根超長(zhǎng)碳納米管的初始應(yīng)力至近乎一致，即得本發(fā)明超強(qiáng)碳納米管管束；

步驟(d)制得的超長(zhǎng)碳納米管管束中各超長(zhǎng)碳納米管的初始應(yīng)力并不相同，因而，需要進(jìn)一步對(duì)超長(zhǎng)碳納米管管束進(jìn)行處理，使得其所包含的多根超長(zhǎng)碳納米管的初始應(yīng)力基本一致，進(jìn)而提高納米管管束的機(jī)械性能；

此步驟中，可以將生長(zhǎng)有懸空超長(zhǎng)碳納米管管束的生長(zhǎng)基底取出，并將其置于微納米探針操縱臺(tái)上；然后，在生長(zhǎng)基底的狹槽處，用1～2個(gè)探針支撐懸空的超長(zhǎng)碳納米管管束，并進(jìn)行預(yù)處理；

同時(shí)，所述預(yù)處理可以為破斷、松弛，或者抖動(dòng)，即在支撐處將超長(zhǎng)碳納米管管束破斷，又或者對(duì)其進(jìn)行松弛處理，甚至將其輕微抖動(dòng)。經(jīng)過(guò)預(yù)處理，可以利用超長(zhǎng)碳納米管管束的自發(fā)弛豫收縮和自組裝，從而自發(fā)性的調(diào)整至各超長(zhǎng)碳納米管的初始應(yīng)力基本一致，并得到本發(fā)明超強(qiáng)碳納米管管束；

進(jìn)一步的，這種利用碳納米管自發(fā)弛豫收縮和自組裝的特性來(lái)提升組裝體整體強(qiáng)度的方法，實(shí)際上也適用于其他碳納米管宏觀體。碳納米管組成的纖維束、繩、帶、膜，或者紙等，都可以采用類似的預(yù)處理方法，調(diào)整材料中碳納米管的初始應(yīng)力至基本一致，進(jìn)而提高材料的強(qiáng)度；

優(yōu)選的，所述預(yù)處理為破斷，進(jìn)一步優(yōu)選的，可以在生長(zhǎng)基底的狹槽處，使用兩個(gè)探針支撐懸空的超長(zhǎng)碳納米管管束，并于兩探針的兩端，將管束破斷，使其自發(fā)馳預(yù)收縮自組裝調(diào)整初始應(yīng)力近乎一致即可得超強(qiáng)碳納米管管束；

進(jìn)一步的，為了便于對(duì)超長(zhǎng)碳納米管管束的觀察和預(yù)處理，可以首先在超長(zhǎng)碳納米管管束上負(fù)載二氧化鈦小顆粒，這樣就能夠更容易的在光學(xué)顯微條件下對(duì)超長(zhǎng)碳納米管管束進(jìn)行識(shí)別和預(yù)處理，而且小顆粒可以經(jīng)過(guò)后期處理消除而不影響碳納米管的性能(zhang,r.etal.opticalvisualizationofindividualultralongcarbonnanotubesbychemicalvapourdepositionoftitaniumdioxidenanoparticles.naturecommunications4,(2013).)；

此外，由于反應(yīng)得到的超長(zhǎng)碳納米管管束可以形成纖維束、繩、帶、膜，或者紙等宏觀體，因而，預(yù)處理的對(duì)象也可以為纖維束、繩、帶、膜，或者紙。

同樣的，本發(fā)明還可以提供包含本發(fā)明超強(qiáng)碳納米管管束的器件或裝置，所述器件或裝置具體的可以為電子元器件，或者高強(qiáng)度材料，例如航空航天材料，微納米飛輪儲(chǔ)能材料，防彈衣，高性能網(wǎng)球拍等。

實(shí)驗(yàn)例1：向反應(yīng)體系不放入引流件制備超長(zhǎng)碳納米管

(1)將按壓有0.03mfecl3催化劑的乙醇溶液的帶狹槽硅片基底放置在基板或石英舟中，置于加熱爐反應(yīng)器內(nèi)。

(2)向反應(yīng)器內(nèi)通入200sccm的氬氣和氫氣的混合氣(ar:h2＝1:2，v/v)作為保護(hù)性氣體，并開始升溫，當(dāng)溫度升至900～1010℃后，恒溫20min。接著進(jìn)入反應(yīng)階段，通入75sccm甲烷和氫氣混合氣(h2：ch4＝2:1，v/v)以及0.43％的水蒸汽開始超長(zhǎng)碳納米管制備反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間10min～2h。

(3)當(dāng)反應(yīng)結(jié)束，進(jìn)入冷卻階段，改通入200sccm的氬氣和氫氣的混合氣(ar:h2＝1:2，v/v)以防止碳管在降溫過(guò)程被燒蝕。當(dāng)溫度降至室溫后，得到超長(zhǎng)水平碳納米管。

圖1為實(shí)驗(yàn)例1所獲得的懸空超長(zhǎng)水平陣列碳納米管樣品光學(xué)表征結(jié)果。由光學(xué)顯微鏡表征結(jié)果可知，采用實(shí)驗(yàn)例1的不向反應(yīng)體系中放入引流件制備超長(zhǎng)碳納米管的方法，所得到的產(chǎn)物為彼此平行的結(jié)構(gòu)完美的(通過(guò)圖1b瑞利散射表征結(jié)果厘米級(jí)純色不變可以得到結(jié)構(gòu)完美特性)厘米級(jí)超長(zhǎng)碳納米管水平陣列。

實(shí)施例1：向反應(yīng)體系放入引流件制備超長(zhǎng)碳納米管管束

(1)如圖2所示，將按壓有0.03mfecl3催化劑的乙醇溶液的帶狹槽的硅片基底2以及引流件1放置在基板或石英舟中，置于加熱爐反應(yīng)器內(nèi)。

(2)向反應(yīng)器內(nèi)通入200sccm的氬氣和氫氣的混合氣(ar:h2＝1:2，v/v)作為保護(hù)性氣體，并開始升溫，當(dāng)溫度升至900～1010℃后，恒溫20min。接著進(jìn)入反應(yīng)階段，通入75sccm甲烷和氫氣混合氣(h2：ch4＝2:1，v/v)以及0.43％的水蒸汽開始超長(zhǎng)碳納米管制備反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間10min～2h。

(3)當(dāng)反應(yīng)結(jié)束，進(jìn)入冷卻階段，改通入200sccm的氬氣和氫氣的混合氣(ar:h2＝1:2，v/v)以防止碳管在降溫過(guò)程被燒蝕。當(dāng)溫度降至室溫后，小心取出樣品，得到懸空超長(zhǎng)水平碳納米管管束3。

圖3為實(shí)施例1所獲得的懸空超長(zhǎng)水平碳納米管管束3的光學(xué)表征結(jié)果。由光學(xué)顯微鏡表征結(jié)果可知，采用本發(fā)明帶有狹槽基底的反應(yīng)體系中放入引流件的方法，可以獲得懸空的超長(zhǎng)碳納米管管束。

圖4為實(shí)施例1所獲得的懸空超長(zhǎng)水平碳納米管管束3的拉曼峰數(shù)據(jù)。碳納米管的特征峰位于1500～1600cm^-1，稱為g峰，位移在1300～1400cm^-1的特征峰稱為d峰，一般常用d峰來(lái)反映碳納米管結(jié)構(gòu)缺陷程度；

由圖4中拉曼峰數(shù)據(jù)可知，碳納米管管束上在1200～1400cm^-1處幾乎沒(méi)有d峰，說(shuō)明所制備的碳納米管管束具有完美結(jié)構(gòu)。另一方面，拉曼g峰會(huì)隨著應(yīng)變的增加成比例向低頻移動(dòng)(chang,c.c.etal.strain-induceddbandobservedincarbonnanotubes.nanoresearch5,854-862(2012))，由拉曼測(cè)試結(jié)果可知，管束中的碳納米管幾乎不同程度均為繃緊的狀態(tài)，這為后續(xù)的松弛自組裝超強(qiáng)碳納米管管束提供了便利。

實(shí)施例2：通過(guò)調(diào)節(jié)初始應(yīng)力一致獲得超強(qiáng)碳納米管管束

在超長(zhǎng)碳納米管管束樣品上負(fù)載二氧化鈦小顆粒(具體方法可參見(jiàn)：zhang,r.etal.opticalvisualizationofindividualultralongcarbonnanotubesbychemicalvapourdepositionoftitaniumdioxidenanoparticles.naturecommunications4,(2013))，然后，將生長(zhǎng)有超長(zhǎng)碳納米管管束的生長(zhǎng)基底置于微納米探針臺(tái)下，并在生長(zhǎng)基底的一個(gè)狹槽處，利用兩探針在狹槽的中部將懸空碳管束托住，然后，在兩探針兩端將管束破斷，使其自發(fā)弛豫收縮自組裝調(diào)整初始應(yīng)力近乎一致即可得超強(qiáng)碳納米管管束；

超長(zhǎng)碳納米管管束的破斷操作以及其自發(fā)弛豫收縮自組裝調(diào)整初始應(yīng)力的示意圖分別參見(jiàn)圖5a和圖5b；

圖6為實(shí)施例2調(diào)節(jié)初始應(yīng)力前后懸空超長(zhǎng)水平碳納米管管束樣品拉曼峰數(shù)據(jù)。由拉曼數(shù)據(jù)結(jié)果可知，弛豫前的管束中的碳納米管拉曼g峰很寬，證明碳納米管的初始應(yīng)力的差異程度較大。弛豫后的拉曼g峰變窄了，證明碳納米管的初始應(yīng)力的差異變小了。然后，對(duì)所制得的含有不同根數(shù)的超長(zhǎng)碳納米管管束進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度表征，表征結(jié)果如圖7所示。由圖7表征結(jié)果可知，原始的15根碳納米管管束的強(qiáng)度只能達(dá)到單根強(qiáng)度的49.3％，而弛豫調(diào)整后的小尺寸管束的強(qiáng)度可以達(dá)到80gpa以上。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著管束數(shù)量的增加，超長(zhǎng)碳納米管管束的強(qiáng)度并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的下降，由此可見(jiàn)，管束數(shù)量的增加并未導(dǎo)致尺寸效應(yīng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。而這也能夠證明本發(fā)明超強(qiáng)納米管管束具有無(wú)缺陷，取向好，超長(zhǎng)連續(xù)的結(jié)構(gòu)；

當(dāng)超長(zhǎng)碳納米管管束的數(shù)量趨向于無(wú)窮大時(shí)，就能夠形成宏觀的納米管纖維結(jié)構(gòu)，并且這種宏觀超長(zhǎng)碳納米管纖維的強(qiáng)度能夠達(dá)到80gpa以上。也就是說(shuō)，由數(shù)百萬(wàn)根超長(zhǎng)碳納米管所組成的超長(zhǎng)碳納米管纖維(直徑7μm)的強(qiáng)度可以達(dá)到最強(qiáng)碳纖維t1000數(shù)十倍(碳纖維直徑強(qiáng)度數(shù)據(jù)可參見(jiàn)：minus,m.&kumar,s.theprocessing,properties,andstructureofcarbonfibers.jom57,52-58(2005))。

盡管已用具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。