專利名稱：碳納米管陣列及用碳納米管陣列制備碳納米管結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管陣列及利用該碳納米管陣列制備碳納米管結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
碳納米管是一種由石墨烯片卷成的中空管狀物。碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué) 及電學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊。例如，碳納米管可用于制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管、原子力顯微 鏡針尖、場(chǎng)發(fā)射電子槍、納米模板等。上述技術(shù)中碳納米管的應(yīng)用主要是碳納米管在微觀尺 度上的應(yīng)用，操作較困難。因此，使碳納米管具有宏觀尺度的結(jié)構(gòu)并在宏觀上應(yīng)用具有重要意義。為克服上述問題，范守善等人在2008年8月12日公開的第CN101239712號(hào)專利 申請(qǐng)揭示了一種包括多個(gè)碳納米管且具有宏觀尺度的膜狀結(jié)構(gòu)及其制備方法。該碳納米管 膜狀結(jié)構(gòu)的制備方法主要包括以下步驟陣列化碳納米管以提供一平行排列的碳納米管陣 列；從所述碳納米管陣列中沿一個(gè)方向抽出所述碳納米管，獲得一碳納米管膜狀結(jié)構(gòu)。所述 碳納米管膜狀結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度與所述碳納米管陣列的最大寬度成正比。該碳納米管陣列的 最大寬度為碳納米管陣列中距離最大的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離。該碳納米管膜狀結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng) 度為沿碳納米管陣列的最大寬度方向拉伸出來的碳納米管膜狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。然而，由于生 長(zhǎng)所述碳納米管陣列的基底為一圓形硅片，而硅片制備工藝使得硅片的最大寬度如直徑得 到限制，因此，從所述碳納米管陣列獲得的碳納米管膜狀結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度有所限制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種碳納米管陣列及利用該碳納米管陣列能夠制備具有 較長(zhǎng)長(zhǎng)度的碳納米管結(jié)構(gòu)的方法。一種碳納米管陣列，該碳納米管陣列具有一分割線，將所述碳納米管陣列分割成 至少一個(gè)連續(xù)的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)。該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度大于所述碳納米管陣 列的最大寬度，所述碳納米管陣列的最大寬度為碳納米管陣列中距離最大的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離。一種碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟提供一碳納米管陣列，該碳納 米管陣列具有至少一分割線，將所述碳納米管陣列分割成至少一個(gè)連續(xù)的碳納米管帶狀結(jié) 構(gòu)，該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度大于所述碳納米管陣列的最大寬度，所述碳納米管陣 列的最大寬度為碳納米管陣列中距離最大的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離；從上述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu) 靠近所述分割線的一個(gè)端點(diǎn)的一端選定一定寬度的多個(gè)碳納米管；以一定速度沿基本垂直 于碳納米管陣列生長(zhǎng)方向拉伸該多個(gè)碳納米管，以形成一連續(xù)的碳納米管膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述碳納米管陣列表面具有一分割線，該碳納米管陣列經(jīng)所 述分割線形成至少一個(gè)連續(xù)的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)。該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度大于所 述碳納米管陣列的最大寬度，從而使得由所述碳納米管陣列制備形成的碳納米管結(jié)構(gòu)如碳 納米管膜、碳納米管線的最大長(zhǎng)度取決于碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度，而該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度能通過控制分割線的分布來控制，從而使得所述碳納米管陣列能夠獲得 具有較長(zhǎng)長(zhǎng)度的碳納米管結(jié)構(gòu)，從而擺脫所述碳納米管陣列最大寬度的限制。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種碳納米管陣列設(shè)置于一基底上的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1提供的一種碳納米管陣列的俯視示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例所提供的另一種碳納米管陣列的俯視示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例所提供的另一種碳納米管陣列的俯視示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例所提供的另一種碳納米管陣列的俯視示意圖。圖6是本發(fā)明實(shí)施例所提供的另一種碳納米管陣列的俯視示意圖。圖7是一種利用本發(fā)明實(shí)施例所提供的碳納米管陣列制備碳納米管結(jié)構(gòu)的制備 方法的流程示意圖。圖8是用圖7中的制備方法制備一碳納米管膜時(shí)制備示意圖。圖9是利用圖7中的制備方法得到的碳納米管膜掃描電鏡照片。圖10是利用圖7中的制備方法得到的非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線掃描電鏡照片。圖11是利用圖7中的制備方法得到的非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線掃描電鏡照片。圖12是另一種利用本發(fā)明實(shí)施例所提供的碳納米管陣列制備碳納米管結(jié)構(gòu)的制 備方法的流程示意圖。主要元件符號(hào)說明
碳納米管陣列10
分割線110
端點(diǎn)120,130
碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140
幾何中心150
基底20
碳納米管膜30
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。請(qǐng)參閱圖1及圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種碳納米管陣列10，該碳納米管陣列10 形成在一基底20表面。所述碳納米管陣列10為一超順排陣列，該碳納米管陣列10包括多 個(gè)碳納米管大致平行排列且垂直于所述基底20表面，所述多個(gè)碳納米管彼此通過范德華 力緊密接觸。所述基底20可選用石英基底、P型或N型硅基底，或選用形成有氧化層的硅 基底20。在本實(shí)施例中，所述基底20采用圓形硅基底20。所述碳納米管陣列10具有一分割線110，該分割線110具有相對(duì)的兩個(gè)端點(diǎn)120、 130，該分割線110的一端點(diǎn)120延伸至所述碳納米管陣列10的邊緣上。所述分割線110 將所述碳納米管陣列10分割形成至少一個(gè)連續(xù)的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140。為了后面的描 述簡(jiǎn)便，將該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140沿所述分割線110的延伸方向的尺度稱為長(zhǎng)度，所述碳 納米管帶狀結(jié)構(gòu)140沿所述分割線110的法線方向的尺度為所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的寬度。優(yōu)選地，所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的寬度大致相等，從而使由所述碳納米管帶狀結(jié) 構(gòu)140制備的碳納米管結(jié)構(gòu)的寬度大致相等。所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度大于 所述碳納米管陣列10的最大寬度，所述碳納米管陣列10的最大寬度為碳納米管陣列10外 輪廓中距離最大的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離，即假設(shè)碳納米管陣列10為垂直于基底20表面生長(zhǎng) 的，那么所謂碳納米管陣列10的最大寬度為沿基底20表面上的距離最大的兩個(gè)點(diǎn)之間的 間距。在本實(shí)施例中，所述碳納米管陣列10布滿所述基底20表面，即該碳納米管陣列10 遠(yuǎn)離所述基底20的表面為一個(gè)圓形，該碳納米管陣列10距離最大的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離為 所述圓形的直徑或該基底20的直徑。從所述碳納米管陣列10拉伸出來的碳納米管結(jié)構(gòu)的 最大長(zhǎng)度正比于所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度，因此，當(dāng)所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu) 140的最大長(zhǎng)度大于所述的碳納米管陣列10的最大寬度時(shí)，從該碳納米管陣列10拉伸出 來的碳納米管結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度將大于從不具有分割線110的碳納米管陣列10拉伸出來的 碳納米管結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度，從而突破碳納米管結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度只能取決于碳納米管陣列10 的最大寬度的限制，獲得具有較長(zhǎng)長(zhǎng)度的碳納米管結(jié)構(gòu)如碳納米管膜30、碳納米管線。理論 上，所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度主要取決于分割線110的分布，從而使所述碳納 米管結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度只取決于所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度，而不取決于所述碳 納米管陣列10及生長(zhǎng)該碳納米管陣列10的基底20的最大寬度(如直徑)的限制。由于該碳納米管陣列10中的碳納米管的長(zhǎng)度較小，該碳納米管陣列10在宏觀上 為一薄膜結(jié)構(gòu)，可定義所述碳納米管陣列10遠(yuǎn)離所述基底20的表面的幾何中心為所述碳 納米管陣列10的幾何中心150。在本實(shí)施例中，所述分割線110中的一個(gè)端點(diǎn)130靠近所 述碳納米管陣列10的幾何中心150，且該分割線110繞該幾何中心150逐漸向外延伸。優(yōu) 選地，所述分割線110由多個(gè)半圓弧依次相接而形成，該多個(gè)半圓弧的圓心與所述幾何中 心150位于同一條直線，彼此相接的兩個(gè)半圓弧之間的直徑的差值k相等，所述多個(gè)半圓弧 之間的直徑構(gòu)成一等差數(shù)列。當(dāng)所述多個(gè)半圓弧中直徑最小的半圓弧的直徑d與所述差值 k相等(d = k)時(shí)，所述基底20表面的直徑可為所述差值k的倍數(shù)n，即設(shè)定所述基底20 表面的直徑為D，則所述差值k等于D/n (k = D/n)。通過此設(shè)置，可最大限度地使所述基底 20表面的碳納米管包含在所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140中。在所述基底20的最大長(zhǎng)度一定 的情況下，可通過控制所述差值k來控制所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度。所述差 值k越小，所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度越長(zhǎng)，從該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140拉出的 碳納米管結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度就越長(zhǎng)。在本實(shí)施例中，選擇直徑為4英寸的硅基底20，差值k為 0. 4英寸，則所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度大于30英寸，遠(yuǎn)大于所述基底20的最 大長(zhǎng)度。即理論上利用該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140制備的碳納米管結(jié)構(gòu)如碳納米管膜30、碳 納米管線的最大長(zhǎng)度是直接從未具有分割線110的碳納米管陣列10制備的碳納米管結(jié)構(gòu) 的最大長(zhǎng)度的7倍以上，從而突破碳納米管陣列10的最大寬度或基底20的直徑對(duì)碳納米 管結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度的限制。所述基底20及分割線110的形狀并不局限于上述實(shí)施例列舉的情況，如圖3至圖 6所示，所述基底20可為圓形、方形或其他任意形狀。所述分割線110包括直線、曲線或其 組合；該分割線110的長(zhǎng)度可大于所述基底20的最大長(zhǎng)度或小于所述基底20的最大長(zhǎng)度； 該分割線110可一端點(diǎn)延伸至所述碳納米管陣列10邊緣，也可兩個(gè)端點(diǎn)均延伸至所述碳納 米管陣列10邊緣，還可兩個(gè)端點(diǎn)均分布在該碳納米管陣列10內(nèi)；該碳納米管陣列10可包括一根或多根分割線110，只要滿足使至少一條碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度大于所 述基底20的最大長(zhǎng)度即可。具體地，圖3中的分割線110為一條最大長(zhǎng)度小于所述基底20 或碳納米管陣列10的最大寬度的直線，所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度大致與圖中 虛線S的長(zhǎng)度相當(dāng)。圖4中的分割線110為一條兩端分別自所述碳納米管陣列10表面邊 緣伸出的線，從而將所述碳納米管陣列10分割成兩個(gè)連續(xù)的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140，該分 割線110包括曲線與直線，其中一個(gè)碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度與圖中虛線S的長(zhǎng) 度相當(dāng)。圖5中的碳納米管陣列10包括兩條彼此平行的分割線110，分割形成至少一條沿 垂直延伸方向的寬度相等的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140。圖6中的碳納米管陣列10為方形陣 列，該方形陣列包括兩條并排蜿蜒的分割線110，從而得到一條寬度大致相等的碳納米管帶 狀結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參閱圖7及圖8，一種利用本發(fā)明實(shí)施例所提供的碳納米管陣列10制備碳納米 管結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括如下步驟。步驟S101，提供一碳納米管陣列10，該碳納米管陣列10具有至少一分割線110，將 所述碳納米管陣列10分割成至少一個(gè)連續(xù)的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140，該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu) 140的最大長(zhǎng)度大于所述碳納米管陣列10的最大寬度，所述最大寬度為碳納米管陣列10中 距離最大的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離。在本實(shí)施例中，所述碳納米管陣列10的制備方法采用化學(xué)氣相沉積法，其具體步 驟包括步驟S111，提供一平整基底。該基底可選用石英基底、P型或N型硅基底，或選用 形成有氧化層的硅基底。所述基底的形狀不限，可以為圓形、方形或多邊形。在本實(shí)施例中， 所述基底采用圓形硅基底。步驟S112，在基底表面均勻形成一催化劑層。該催化劑層材料可選用鐵0 )、鈷 (Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一。步驟S113，將上述形成有催化劑層的基底在700 900°C的空氣中退火約30分 鐘 90分鐘。步驟S114，將處理過的基底置于反應(yīng)爐中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500 740°C，然后通入碳源氣反應(yīng)約5 30分鐘，生長(zhǎng)得到高度為200 400微米的碳納米管陣 列預(yù)制體。該碳納米管陣列預(yù)制體為多個(gè)彼此平行且垂直于基底生長(zhǎng)的碳納米管形成的純 碳納米管陣列預(yù)制體?？梢岳斫?，所述碳納米管陣列預(yù)制體均勻分布在整個(gè)基底表面。在 本實(shí)施例中，所述碳納米管陣列預(yù)制體的為一圓形碳納米管陣列10。通過上述控制生長(zhǎng)條 件，該碳納米管陣列預(yù)制體中基本不含有雜質(zhì)，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該 碳納米管陣列預(yù)制體中的碳納米管彼此通過范德華力緊密接觸形成陣列。本實(shí)施例中碳源 氣可選用乙炔等化學(xué)性質(zhì)較活潑的碳?xì)浠衔?，保護(hù)氣體可選用氮?dú)?、氨氣或惰性氣體。步驟S115，在所述碳納米管陣列預(yù)制體上刻蝕出所述分割線110，得到所述碳納 米管陣列10。通過激光等手段在該碳納米管陣列預(yù)制體刻蝕不同種類的分割線110，可以 得到不同種類的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140。優(yōu)選地，所述分割線110為一沿該碳納米管陣列10 中的一點(diǎn)往外逐圈旋繞而成的曲線，如螺旋線。在本實(shí)施例中，所述分割線110由多個(gè)半圓 弧依次相接而形成，其中，奇數(shù)位的半圓弧相互同心設(shè)置，圓心為M1，偶數(shù)位的半圓弧相互 同心設(shè)置，圓心為M2。彼此相接的兩個(gè)半圓弧之間的直徑的差值k相等，所述多個(gè)半圓弧之
7間的直徑構(gòu)成一等差數(shù)列。當(dāng)所述多個(gè)半圓弧中直徑最小的半圓弧的直徑k與所述差值k 相等(d = k)時(shí)，所述基底20表面的直徑可為所述差值k的倍數(shù)n，即設(shè)定所述基底20表 面的直徑為L(zhǎng)，則所述差值k等于L/n。通過此設(shè)置，可最大限度地使所述基底20表面的碳 納米管包含在所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140中。在所述基底20的最大寬度一定的情況下，可 通過控制所述差值k來控制所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的長(zhǎng)度。所述差值k越小，所述碳 納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度越長(zhǎng)，從該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140拉出的碳納米管結(jié)構(gòu)的 最大長(zhǎng)度就越長(zhǎng)。在本實(shí)施例中，選擇直徑為4英寸的硅基底20，差值k為0. 4英寸，則所 述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140的最大長(zhǎng)度大于30英寸，遠(yuǎn)大于所述基底20的最大寬度。即理 論上利用該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140制備的碳納米管結(jié)構(gòu)如碳納米管膜30、碳納米管線的最 大長(zhǎng)度是直接從未具有分割線110的碳納米管陣列10制備的碳納米管結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度的7 倍以上，從而突破碳納米管陣列10的最大寬度或基底20的直徑對(duì)碳納米管結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng) 度的限制。步驟S102，從上述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140靠近所述分割線110的一個(gè)端點(diǎn)的一端 選定一定寬度的多個(gè)碳納米管。所述一定寬度的多個(gè)碳納米管為碳納米管陣列10的一部 分。本實(shí)施例優(yōu)選為采用具有一定寬度的膠帶或表面涂敷有粘膠的工具等拉伸工具接觸碳 納米管陣列10以選定一定寬度的多個(gè)碳納米管。步驟S103，以一定速度沿基本垂直于碳納米管陣列10生長(zhǎng)方向拉伸該多個(gè)碳納 米管，以形成一連續(xù)的碳納米管膜30。請(qǐng)參閱圖8，所述碳納米管膜30與所述碳納米管陣 列10在相交的位置形成有一平行于所述基底20表面的交界線AB。該交界線AB與所述切 割線至少具有一個(gè)交點(diǎn)A。在拉伸所述碳納米管膜30時(shí)，所述拉伸工具與所述碳納米管陣 列10相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使拉膜方向或沿碳納米管膜30的延伸方向與所述切割線在該交點(diǎn)A的切 線的夾角的角度基本相等，即所述切割線在該交點(diǎn)A或交點(diǎn)B的法線與所述交界線AB的 夾角恒定。在本實(shí)施例中，所述拉伸工具的運(yùn)動(dòng)軌跡垂直于連接于所述圓心Ml與M2的一 基準(zhǔn)線，而所述碳納米管陣列10依次沿圓心Ml與M2轉(zhuǎn)動(dòng)。具體體，所述碳納米管陣列10 第一次轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)360，然后往該拉伸工具的方向移動(dòng)固定距離，該固定距離為所述兩個(gè)圓 心Ml與M2之間的距離。此后，每轉(zhuǎn)過180度，即每轉(zhuǎn)到一個(gè)半圓弧，所述所述碳納米管陣 列10往該拉伸工具的方向移動(dòng)固定距離，直到碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140中的所有碳納米管全 部被拉伸完，所述固定距離為兩個(gè)圓心Ml與M2之間的距離。從而使得所述拉伸工具的的 運(yùn)動(dòng)軌跡垂直于切割線在該交點(diǎn)A的法線，使所述交界線AB與所述分割線110具有兩個(gè)交 點(diǎn)A、B時(shí)長(zhǎng)度為定值，即所述碳納米管膜30沿垂直于延伸方向的寬度在該交界線AB與所 述分割線110具有兩個(gè)交點(diǎn)A、B時(shí)為定值?？梢岳斫?，大部分碳納米管膜30在被拉伸時(shí)， 交界線AB與所述分割線110具有兩個(gè)交點(diǎn)A、B，即大部分的碳納米管膜30的寬度為定值。 在本實(shí)施例中，所述交界線AB與切割線在交點(diǎn)A的法線基本重合。請(qǐng)參閱圖9，所述碳納米管膜30是由若干碳納米管組成的自支撐結(jié)構(gòu)。所述若干 碳納米管為沿同一方向擇優(yōu)取向排列。所述擇優(yōu)取向是指在碳納米管膜30中大多數(shù)碳納 米管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數(shù)碳納米管的整體延伸方向基本平 行于碳納米管膜30的表面。進(jìn)一步地，所述碳納米管膜30中多數(shù)碳納米管是通過范德華 力首尾相連。具體地，所述碳納米管膜30中基本朝同一方向延伸的大多數(shù)碳納米管中每 一碳納米管與在延伸方向上相鄰的碳納米管通過范德華力首尾相連。當(dāng)然，所述碳納米管膜30中存在少數(shù)隨機(jī)排列的碳納米管，這些碳納米管不會(huì)對(duì)碳納米管膜30中大多數(shù)碳納 米管的整體取向排列構(gòu)成明顯影響。所述自支撐為碳納米管膜30不需要大面積的載體支 撐，而只要相對(duì)兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態(tài)，即將該碳納米管膜 30置于(或固定于)間隔一定距離設(shè)置的兩個(gè)支撐體上時(shí)，位于兩個(gè)支撐體之間的碳納米 管膜30能夠懸空保持自身膜狀狀態(tài)。所述自支撐主要通過碳納米管膜30中存在連續(xù)的通 過范德華力首尾相連延伸排列的碳納米管而實(shí)現(xiàn)。具體地，所述碳納米管膜30中基本朝同一方向延伸的多數(shù)碳納米管，并非絕對(duì)的 直線狀，可以適當(dāng)?shù)膹澢?；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以適當(dāng)?shù)钠x延伸方向。 因此，不能排除碳納米管膜30的基本朝同一方向延伸的多數(shù)碳納米管中并列的碳納米管 之間可能存在部分接觸。可以理解的，本發(fā)明的所述碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法完成上述步驟S103之后還 可以進(jìn)一步包括如下步驟步驟S104，將拉出的碳納米管膜30經(jīng)過處理形成一碳納米管線。所述碳納米管 膜30的處理方法包括用揮發(fā)性有機(jī)溶劑浸潤(rùn)處理或機(jī)械扭轉(zhuǎn)處理。所述揮發(fā)性有機(jī)溶劑 浸潤(rùn)處理可通過試管將有機(jī)溶劑滴落在碳納米管膜30表面浸潤(rùn)整個(gè)碳納米管膜30，或者， 也可將上述形成有碳納米管膜30的固定框架整個(gè)浸入盛有有機(jī)溶劑的容器中浸潤(rùn)。該揮 發(fā)性有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實(shí)施例中采用乙醇。所述有機(jī)溶劑在 揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的張力使所述碳納米管膜30收縮形成所述碳納米管線。請(qǐng)參閱圖10，通過揮發(fā) 性有機(jī)溶劑浸潤(rùn)處理所得到的碳納米管線為一非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管 線包括多個(gè)沿碳納米管線長(zhǎng)度方向排列的碳納米管。具體地，該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括 多個(gè)碳納米管通過范德華力首尾相連且沿碳納米管線軸向擇優(yōu)取向排列。所述機(jī)械扭轉(zhuǎn)處 理可通過采用一機(jī)械力將所述碳納米管拉膜兩端沿相反方向扭轉(zhuǎn)。請(qǐng)參閱圖11，通過機(jī)械 扭轉(zhuǎn)處理而得到的碳納米管線為一扭轉(zhuǎn)的碳納米管線，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)繞碳 納米管線軸向螺旋排列的碳納米管。具體地，該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)碳納米管通過 范德華力首尾相連且沿碳納米管線軸向呈螺旋狀延伸?？梢岳斫?，也可以對(duì)獲得的碳納米 管膜30同時(shí)或者依次進(jìn)行有機(jī)溶劑揮發(fā)性有機(jī)溶劑浸潤(rùn)處理或機(jī)械扭轉(zhuǎn)處理來獲得扭轉(zhuǎn) 的碳納米管線。在本實(shí)施例中，由于大部分碳納米管膜30的寬度為定值，因此大部分所述 碳納米管線的直徑為定值，通過切割等手段可得到直徑為定值的碳納米管線。請(qǐng)參閱圖12，另一種利用本發(fā)明實(shí)施例所提供的碳納米管陣列10制備碳納米管 結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括如下步驟。步驟S201，提供一碳納米管陣列10，該碳納米管陣列10具有至少一分割線110，將 所述碳納米管陣列10分割成至少一個(gè)連續(xù)的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140，所述碳納米管陣列10 的最大寬度為碳納米管陣列10中距離最大的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離，該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140 的最大長(zhǎng)度大于所述碳納米管陣列10的最大寬度。所述碳納米管陣列10可通過如下步驟制備。步驟S211，提供一平整基底20。步驟S222，在基底20表面形成一催化劑層，該催化劑層為一最大長(zhǎng)度大于所述基 底表面的最大寬度的帶狀催化劑結(jié)構(gòu)。所述帶狀催化劑結(jié)構(gòu)可通過在所述催化劑層刻蝕出 所述分割線而形成。
步驟S223，將上述形成有帶狀催化劑結(jié)構(gòu)的基底在700 900°C的空氣中退火約 30分鐘 90分鐘。步驟S2M，將處理過的基底20置于反應(yīng)爐中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500 740°C，然后通入碳源氣反應(yīng)約5 30分鐘，生長(zhǎng)得到高度為200 400微米的碳納米管帶 狀結(jié)構(gòu)140，該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140與所述分割線110 —起形成一碳納米管陣列10。步驟S202，從上述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)140靠近所述分割線110的一個(gè)端點(diǎn)的一端 選定一定寬度的多個(gè)碳納米管。步驟S203，以一定速度沿基本垂直于碳納米管陣列10生長(zhǎng)方向拉伸該多個(gè)碳納 米管，以形成一連續(xù)的碳納米管膜。可以理解的，本發(fā)明的所述碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法完成上述步驟S203之后還 可以進(jìn)一步包括如下步驟步驟S204，將拉出的碳納米管膜經(jīng)過處理形成一碳納米管線。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，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)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管陣列，其特征在于，所述碳納米管陣列具有一分割線，該分割線將所述 碳納米管陣列分割成至少一個(gè)連續(xù)的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度 大于所述碳納米管陣列的最大寬度，所述碳納米管陣列的最大寬度為碳納米管陣列中距離 最大的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列，其特征在于，所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)沿分割線 的延伸方向彎曲延伸。
3.如權(quán)利要求2所述的碳納米管陣列，其特征在于，所述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)沿垂直于 分割線延伸方向的寬度相等。
4.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列，其特征在于，該分割線的一端延伸至所述碳納 米管陣列的邊緣。
5.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列，其特征在于，所述分割線的兩端均延伸至所述 碳納米管陣列的邊緣，所述分割線的長(zhǎng)度大于所述碳納米管陣列的最大寬度。
6.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列，其特征在于，所述分割線為一螺旋線。
7.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列，其特征在于，所述分割線由多個(gè)半圓弧依次相 接而形成，彼此相接的兩個(gè)半圓弧之間的直徑的差值相等。
8.如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列，其特征在于，所述碳納米管陣列具有兩條分割 線，該兩條分割線彼此平行，且每一分割線的長(zhǎng)度均大于所述基底的最大寬度。
9.一種碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟提供一碳納米管陣列，該碳納米管陣列具有至少一分割線，將所述碳納米管陣列分割 成至少一個(gè)連續(xù)的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度大于所述碳納米管 陣列的最大寬度，所述碳納米管陣列的最大寬度為碳納米管陣列中距離最大的兩個(gè)點(diǎn)之間 的距離；從上述碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)靠近所述分割線的一個(gè)端點(diǎn)的一端選定一定寬度的多個(gè)碳 納米管；以及以一定速度沿基本垂直于碳納米管陣列生長(zhǎng)方向拉伸該多個(gè)碳納米管，以形成一連續(xù) 的碳納米管膜。
10.如權(quán)利要求9所述的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述碳納米管陣列的 制備方法包括如下步驟提供一平整基底；在基底表面形成一催化劑層，該催化劑層為一最大長(zhǎng)度大于所述基底表面的最大寬度 的帶狀催化劑結(jié)構(gòu)；將上述形成有帶狀催化劑結(jié)構(gòu)的基底在700 900°C的空氣中退火30分鐘 90分鐘；以及將處理過的基底置于反應(yīng)爐中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500 740°C，然后通入碳源 氣反應(yīng)5 30分鐘，生長(zhǎng)得到高度為200 400微米的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管帶 狀結(jié)構(gòu)與所述分割線一起形成一碳納米管陣列。
11.如權(quán)利要求9所述的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述碳納米管陣列的 形成方法包括如下步驟提供一碳納米管陣列預(yù)制體形成于一基底表面；在所述碳納米管陣列預(yù)制體上刻蝕出所述分割線，得到所述碳納米管陣列。
12.如權(quán)利要求9所述的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述分割線由多個(gè)半 圓弧依次相接而形成且自所述碳納米管陣列邊緣上一點(diǎn)往內(nèi)盤旋，彼此相接的兩個(gè)半圓弧 之間的直徑的差值相等。
13.如權(quán)利要求9所述的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述碳納米管膜與所 述碳納米管陣列相交的位置形成有一平行于所述基底表面的交界線，該交界線與所述分割 線具有至少一個(gè)交點(diǎn)。
14.如權(quán)利要求13所述的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述分割線在該交 點(diǎn)的法線與所述交界線的夾角恒定。
15.如權(quán)利要求13所述的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述分割線在該交 點(diǎn)的法線與所述交界線重合。
16.如權(quán)利要求13所述的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述碳納米管膜由 一拉伸工具自所述碳納米管陣列拉伸而出，該拉伸工具與碳納米管陣列相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使碳納 米管膜的延伸方向與所述分割線在該交點(diǎn)的切線方向的夾角基本相等。
17.如權(quán)利要求9所述的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括如下步 驟將拉出的碳納米管膜經(jīng)過處理形成一碳納米管線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳納米管陣列，該碳納米管陣列表面具有一分割線，該分割線將所述碳納米管陣列分割成至少一個(gè)連續(xù)的碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)。該碳納米管帶狀結(jié)構(gòu)的最大長(zhǎng)度大于所述碳納米管陣列的最大寬度，所述碳納米管陣列的最大寬度為碳納米管陣列中距離最大的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離。本發(fā)明還涉及一種利用所述碳納米管陣列制備碳納米管結(jié)構(gòu)的方法。
文檔編號(hào)B82B3/00GK102115070SQ20091023966
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者劉亮, 姜開利, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司