專利名稱：碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
自九十年代初以來，以碳納米管為代表的納米材料以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)引起了 人們極大的關(guān)注。近幾年來，隨著碳納米管及納米材料研究的不斷深入，其廣闊的應(yīng)用前 景不斷顯現(xiàn)出來。例如，由于碳納米管所具有的獨(dú)特的電磁學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等性能，大 量有關(guān)其在場(chǎng)發(fā)射電子源、傳感器、新型光學(xué)材料、軟鐵磁材料等領(lǐng)域的應(yīng)用研究不斷被報(bào) 道。由于單個(gè)碳納米管為中空的結(jié)構(gòu)且具有較大的長(zhǎng)徑比，具有許多優(yōu)異的特性，但 現(xiàn)有的碳納米管通常為粉末狀，不利于碳納米管的廣泛應(yīng)用。因此，人們一直致力于研究如 何得到有利于碳納米管廣泛應(yīng)用的碳納米管宏觀結(jié)構(gòu)。范守善等人在Nature，2002，vol. 419，p801, Spinning Continuous CNTYarns — 文中揭露了從一超順排碳納米管陣列中可以拉出一連續(xù)的純碳納米管結(jié)構(gòu)，這種碳納米管 結(jié)構(gòu)包括多個(gè)在范德華力作用下首尾相接的碳納米管片段，每個(gè)碳納米管片段具有大致相 等的長(zhǎng)度，且每個(gè)碳納米管片段由多個(gè)相互平行的碳納米管束構(gòu)成。但該碳納米管結(jié)構(gòu)的 機(jī)械強(qiáng)度及韌性等都比較差，例如，拉出一根200微米寬的碳納米管結(jié)構(gòu)只需要0. 1毫牛頓 的力，而用0. 5毫牛頓的力就可以將200微米寬的碳納米管結(jié)構(gòu)拉斷了。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種具有良好的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量的碳納米管復(fù)合結(jié) 構(gòu)。一種碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其包括一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)為多個(gè)碳納米 管組成的自支撐結(jié)構(gòu)，其中，進(jìn)一步包括一增強(qiáng)體，該增強(qiáng)體設(shè)置于所述多個(gè)碳納米管的表 面，且相鄰的碳納米管之間通過該增強(qiáng)體緊密結(jié)合。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中由于增強(qiáng)體設(shè)置于所述多 個(gè)碳納米管的表面，且相鄰的碳納米管之間通過該增強(qiáng)體相互作用而緊密連接在一起，因 此，由所述增強(qiáng)體及碳納米管組成的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)具有良好的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中的碳納米管的透射電鏡照 片。圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中的碳納米管拉膜的掃描電 鏡照片。圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)中的碳納米管的透射電鏡照 片。圖6為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的低倍掃描電鏡照片。圖9為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的高倍掃描電鏡照片。圖10為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)與直徑約為27微米的碳納米 管線狀結(jié)構(gòu)的拉伸強(qiáng)度對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的詳 細(xì)說明。請(qǐng)參閱圖1至圖2，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)10。該碳納米管 復(fù)合結(jié)構(gòu)10為一碳納米管復(fù)合膜，其包括一碳納米管結(jié)構(gòu)110，該碳納米管結(jié)構(gòu)110包括多 個(gè)碳納米管112，以及形成于該多個(gè)碳納米管112的表面的增強(qiáng)體120 ；其中，所述多個(gè)碳納 米管112之間通過該增強(qiáng)體120相互緊密結(jié)合在一起。所述碳納米管結(jié)構(gòu)110包括多個(gè)碳納米管112，該多個(gè)碳納米管112通過范德華 力相互連接，相互吸引，緊密結(jié)合，使得該碳納米管結(jié)構(gòu)110為一自支撐結(jié)構(gòu)。其中，該多個(gè) 碳納米管112均勻分布于所述碳納米管結(jié)構(gòu)110中。所謂“自支撐結(jié)構(gòu)”即該碳納米管結(jié) 構(gòu)110無需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。所述碳納米管110中相鄰的碳 納米管112之間具有一定間隙，從而在該碳納米管結(jié)構(gòu)110中形成多個(gè)微隙，微隙的大小約 小于1微米。所述碳納米管結(jié)構(gòu)110包括至少一個(gè)碳納米管膜。當(dāng)所述碳納米管結(jié)構(gòu)110 包括多個(gè)碳納米管膜時(shí)，該多個(gè)碳納米管膜可以共面設(shè)置或?qū)盈B設(shè)置。所述碳納米管結(jié)構(gòu) 110也可以包括一個(gè)碳納米管線狀結(jié)構(gòu)，且該碳納米管線狀結(jié)構(gòu)折疊或纏繞成一層狀結(jié)構(gòu)。 所述碳納米管結(jié)構(gòu)110也可以包括多個(gè)碳納米管線，且該多個(gè)碳納米管線可以平行設(shè)置、 交叉設(shè)置或編織成一層狀結(jié)構(gòu)，也可以平行設(shè)置組成一束狀結(jié)構(gòu)，還可以相互扭轉(zhuǎn)組成一 絞線結(jié)構(gòu)。所述碳納米管結(jié)構(gòu)110還可以包括碳納米管膜及碳納米管線，且可以將碳納米 管線狀結(jié)構(gòu)設(shè)置于碳納米管膜的至少一個(gè)表面。由于該碳納米管結(jié)構(gòu)110中的碳納米管具 有很好的柔韌性，使得該碳納米管結(jié)構(gòu)110也具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形 狀而不易破裂。所述碳納米管膜包括均勻分布的多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管之間通過范德華 力緊密結(jié)合。該碳納米管膜中的碳納米管為無序或有序排列。所謂無序是指碳納米管的排 列方向無規(guī)則。所謂有序是指碳納米管的排列方向有規(guī)則。具體地，當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)110包 括無序排列的碳納米管時(shí)，碳納米管相互纏繞或者各向同性排列；當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)110包 括有序排列的碳納米管時(shí)，碳納米管沿一個(gè)方向或者多個(gè)方向擇優(yōu)取向排列。所述碳納米 管膜包括碳納米管拉膜、碳納米管碾壓膜或碳納米管絮化膜。所述碳納米管結(jié)構(gòu)110中的碳納米管包括單壁碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳 納米管中的一種或多種。所述單壁碳納米管的直徑為0. 5納米-50納米，雙壁碳納米管的 直徑為1. 0納米 50納米，多壁碳納米管的直徑為1. 5納米 50納米。所述碳納米管的長(zhǎng)度大于50微米。優(yōu)選地，該碳納米管的長(zhǎng)度優(yōu)選為200微米 900微米。請(qǐng)參閱圖3，所述碳納米管拉膜包括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管基本沿同一方 向擇優(yōu)取向排列，且基本平行于該碳納米管拉膜的表面。具體地，所述碳納米管拉膜包括多 個(gè)通過范德華力首尾相連且基本沿同一方向擇優(yōu)取向排列的碳納米管。所述碳納米管拉膜 可通過從碳納米管陣列直接拉取獲得。可以理解，通過將多個(gè)碳納米管拉膜平行且無間隙 共面鋪設(shè)或/和層疊鋪設(shè)，可以制備不同面積與厚度的碳納米管結(jié)構(gòu)。當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)包 括多個(gè)層疊設(shè)置的碳納米管拉膜時(shí)，相鄰的碳納米管拉膜中的碳納米管的排列方向形成一 夾角α，0° < α <90°。所述碳納米管拉膜的結(jié)構(gòu)及其制備方法請(qǐng)參見范守善等人于 2007年2月9日申請(qǐng)的，2008年8月13日公開的，公開號(hào)為101239712Α的中國(guó)公開專利 申請(qǐng)°所述碳納米管碾壓膜包括均勻分布的多個(gè)碳納米管。所述多個(gè)碳納米管無序、沿 同一方向或不同方向擇優(yōu)取向排列。所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管相互部分交疊，并 通過范德華力相互吸引，緊密結(jié)合。所述碳納米管碾壓膜可通過碾壓一碳納米管陣列獲得。 該碳納米管陣列形成在一基底表面，所制備的碳納米管碾壓膜中的碳納米管與該碳納米管 陣列的基底的表面成一夾角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度(0彡β彡15° )。 優(yōu)選地，所述碳納米管碾壓膜中的碳納米管平行于所述碳納米管碾壓膜的表面。依據(jù)碾壓 的方式不同，該碳納米管碾壓膜中的碳納米管具有不同的排列形式。所述碳納米管碾壓膜 及其制備方法請(qǐng)參見范守善等人于2007年6月1日申請(qǐng)的，2008年12月3日公開的，公開 號(hào)為CN101314464A的中國(guó)公開專利申請(qǐng)。所述碳納米管絮化膜包括相互纏繞的碳納米管，該碳納米管長(zhǎng)度可大于10厘米。 所述碳納米管之間通過范德華力相互吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管絮化膜各 向同性。所述碳納米管絮化膜中的碳納米管為均勻分布，無規(guī)則排列，形成大量的微隙結(jié) 構(gòu)，微隙大小為1納米-10微米?？梢岳斫?，所述碳納米管絮化膜的長(zhǎng)度、寬度和厚度不限， 可根據(jù)實(shí)際需要選擇。所述碳納米管絮化膜及其制備方法請(qǐng)參見范守善等人于2007年4 月13日申請(qǐng)的，2008年10月15日公開的，公開號(hào)為CN101284662A的中國(guó)公開專利申請(qǐng)。所述碳納米管線可為一非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線或扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。所述非扭轉(zhuǎn)的 碳納米管線可包括多個(gè)沿該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線軸向方向排列的碳納米管。非扭轉(zhuǎn)的碳納 米管線可通過將碳納米管拉膜通過有機(jī)溶劑處理得到。具體地，該碳納米管拉膜包括多個(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(zhǎng)度、厚度、均 勻性及形狀。該非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線長(zhǎng)度不限，直徑為0.5納米-1毫米。具體地，可將揮 發(fā)性有機(jī)溶劑浸潤(rùn)所述碳納米管拉膜的整個(gè)表面，在揮發(fā)性有機(jī)溶劑揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的表面張 力的作用下，碳納米管拉膜中的相互平行的多個(gè)碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合，從而使 碳納米管拉膜收縮為一非扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。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。通過揮發(fā)性有機(jī)溶劑處理的非扭轉(zhuǎn)碳納米管線與未經(jīng) 揮發(fā)性有機(jī)溶劑處理的碳納米管膜相比，比表面積減小，粘性降低。所述扭轉(zhuǎn)的碳納米管線包括多個(gè)繞該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線軸向螺旋排列的碳納米 管。該碳納米管線可采用一機(jī)械力將所述碳納米管拉膜兩端沿相反方向扭轉(zhuǎn)獲得。進(jìn)一 步地，可采用一揮發(fā)性有機(jī)溶劑處理該扭轉(zhuǎn)的碳納米管線。在揮發(fā)性有機(jī)溶劑揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的表面張力的作用下，處理后的扭轉(zhuǎn)的碳納米管線中相鄰的碳納米管通過范德華力緊密結(jié) 合，使扭轉(zhuǎn)的碳納米管線的比表面積減小，密度及強(qiáng)度增大。所述碳納米管線及其制備方法請(qǐng)參見范守善等人于2002年9月16日申請(qǐng)的， 2008年8月20日公告的，公告號(hào)為CN100411979C的中國(guó)專利；以及于2005年12月16日 申請(qǐng)的，2009年6月17日公告的，公告號(hào)為CN100500556C的中國(guó)專利。本實(shí)施例中，所述碳納米管結(jié)構(gòu)110為20層層疊設(shè)置的碳納米管拉膜，其中，相鄰 兩層碳納米管拉膜中的擇優(yōu)取向排列的碳納米管112之間形成的交叉角度為90°，所述碳 納米管112是直徑為1. 5納米-50納米的多壁碳納米管。所述增強(qiáng)體120設(shè)置于每一個(gè)碳納米管112的表面，且相鄰的碳納米管112通過 該增強(qiáng)體120相互結(jié)合在一起。具體地，所述增強(qiáng)體120以顆粒狀間隔分散在每一個(gè)碳納 米管112的表面，并且一個(gè)增強(qiáng)體顆粒設(shè)置于至少一個(gè)碳納米管112的表面。其中，所述碳 納米管結(jié)構(gòu)110包括多個(gè)相互間隔的碳納米管112，該相互間隔的碳納米管112之間形成有 微隙，該微隙中形成有所述增強(qiáng)體顆粒，且通過該增強(qiáng)體顆粒緊密連接在一起。另外，所述 碳納米管結(jié)構(gòu)110還包括多個(gè)相互接觸的碳納米管112，在該相互接觸的碳納米管112之 間的接觸處也有所述增強(qiáng)體顆粒形成，將相互接觸的碳納米管112緊密的連接在一起。因 此，所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)10具有較好的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量。所述增強(qiáng)體顆粒的尺寸為 1納米-50納米；優(yōu)選地，增強(qiáng)體顆粒的尺寸為1納米-20納米。所述增強(qiáng)體120包括金屬、金屬氧化物中的至少一種。所述金屬包括鋅(Zn)、鐵 0 )、鈷(Co)、猛(Mn)、銅(Cu)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、鉬(Pt)、銠(Pt)、釕(Ru)及鈀 (Pd)中的一種或其任意組合。所述金屬氧化物包括氧化鋅(ZnO)、三氧化二鐵(Fe2O3)、四 氧化三鐵(Fe3O4)、二氧化錳(MnO2)、氧化鎳(NiO2)、氧化銅(CuO)、四氧化三鈷(Co3O4)及三 氧化二鈷(Co2O3)中的一種或其任意組合。本實(shí)施例中，所述增強(qiáng)體120為多個(gè)納米級(jí)四氧化三鈷顆粒，該多個(gè)納米級(jí)四氧 化三鈷顆粒間隔分散在每一個(gè)碳納米管112的表面，并形成于所述碳納米管結(jié)構(gòu)110中相 鄰的碳納米管112之間，且使得相鄰的碳納米管112之間通過該多個(gè)納米四氧化三鈷顆粒 相互結(jié)合，緊密連接在一起；另外，一個(gè)納米級(jí)四氧化三鈷顆粒設(shè)置于至少一個(gè)碳納米管 112的表面。所述納米級(jí)四氧化三鈷顆粒的尺寸為1納米 20納米?？梢岳斫猓鲈鰪?qiáng) 體120可以為兩種或兩種以上的不同材料的顆粒分散在每一個(gè)碳納米管112的表面。由于 所述碳納米管結(jié)構(gòu)110中的多個(gè)碳納米管112通過四氧化三鈷顆粒相互作用而緊密連接在 一起；因此，由碳納米管及四氧化三鈷組成的所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)10具有良好的拉伸強(qiáng) 度及楊氏模量，且該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)10相較于所述碳納米管結(jié)構(gòu)110也具有較好的拉伸 強(qiáng)度及楊氏模量，可以廣泛應(yīng)用到各種領(lǐng)域。請(qǐng)參閱圖4及圖5，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)20。該碳納米管 復(fù)合結(jié)構(gòu)20為一碳納米管復(fù)合膜，該碳納米管復(fù)合膜包括一碳納米管結(jié)構(gòu)210，該碳納米 管結(jié)構(gòu)210包括多個(gè)碳納米管212，以及形成于該多個(gè)碳納米管212表面的增強(qiáng)體220。具 體地，所述增強(qiáng)體220設(shè)置于每一個(gè)碳納米管212的表面；相鄰的碳納米管212之間通過該 增強(qiáng)體220緊密結(jié)合在一起。所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)20的結(jié)構(gòu)與所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)10的結(jié)構(gòu)基本相同， 不同之處在于所述增強(qiáng)體220為多個(gè)納米增強(qiáng)體顆粒，該多個(gè)納米增強(qiáng)體顆粒在每一個(gè)碳納米管212的表面連成一片，形成一增強(qiáng)體層，且該增強(qiáng)體層包覆至少一個(gè)碳納米管 212。其中，所述碳納米管結(jié)構(gòu)210包括多個(gè)相互間隔的碳納米管212，該相互間隔的碳納米 管212之間形成有微隙，該微隙中形成有所述增強(qiáng)體層，且該增強(qiáng)體層將相互間隔的碳納 米管212緊密連接在一起。另外，所述碳納米管結(jié)構(gòu)210還包括多個(gè)相互接觸的碳納米管 212，在該相互接觸的碳納米管212之間的接觸處也通過所述增強(qiáng)體220緊密連接在一起。 所述增強(qiáng)體層的厚度為1納米-1微米；優(yōu)選地，增強(qiáng)體層的厚度為1納米-100納米。本實(shí)施例中，所述碳納米管結(jié)構(gòu)210包括6層層疊設(shè)置的碳納米管拉膜。所述增 強(qiáng)體220為多個(gè)納米鉬金屬顆粒，該多個(gè)納米鉬金屬顆粒在每一個(gè)碳納米管212的表面連 成一片，形成一鉬金屬層包覆于每一個(gè)碳納米管212的表面，相鄰的碳納米管212之間通過 該鉬金屬層相互作用而緊密連接在一起。所述鉬金屬層的厚度為1納米-15納米?？梢岳?解，所述增強(qiáng)體220可以包括兩種或兩種以上的顆粒在每一個(gè)碳納米管212的表面連成一 片，形成一增強(qiáng)體層。所述增強(qiáng)體220也可以是兩層或兩層以上的不同材料的結(jié)構(gòu)。由于鉬金屬及碳納米管都具有良好的導(dǎo)電性，所述多個(gè)碳納米管212之間通過鉬 金屬層相互作用，緊密連接在一起，所以，所述碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)20除了具有良好的拉伸 強(qiáng)度及楊氏模量以外，還具有良好的導(dǎo)電性能，且該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)20的導(dǎo)電性能優(yōu)于 所述碳納米管結(jié)構(gòu)210的導(dǎo)電性能，可以用作電極。請(qǐng)參閱圖6，本發(fā)明第三實(shí)施例提供一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)30。該碳納米管復(fù)合結(jié) 構(gòu)30為一碳納米管復(fù)合膜；該碳納米管復(fù)合膜包括一碳納米管結(jié)構(gòu)310，該碳納米管結(jié)構(gòu) 310包括多個(gè)碳納米管312，以及形成于該多個(gè)碳納米管312表面的增強(qiáng)體320。本實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)30與第二實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)20 基本相同，不同之處在于所述碳納米管結(jié)構(gòu)310為一層碳納米管絮化膜，該碳納米管絮化 膜包括多個(gè)相互纏繞的碳納米管312，所述增強(qiáng)體320為納米級(jí)氧化鋅顆粒，一部分納米級(jí) 氧化鋅顆粒在多個(gè)碳納米管312的表面連成一片形成一氧化鋅層，構(gòu)成一增強(qiáng)體層，即該 氧化鋅層包覆至少一個(gè)碳納米管312 ；—部分納米級(jí)氧化鋅顆粒間隔設(shè)置于多個(gè)碳納米管 312的表面；且相鄰的碳納米管312，尤其是相互纏繞的碳納米管312通過該增強(qiáng)體320相 互作用而緊密連接在一起?？梢岳斫猓鲈鰪?qiáng)體320可以為兩種或兩種以上的不同材料 的納米級(jí)顆粒。請(qǐng)參閱圖7至圖9，本發(fā)明第四實(shí)施例提供一碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)40。該碳納米管 復(fù)合結(jié)構(gòu)40為一碳納米管復(fù)合線，該碳納米管復(fù)合線包括至少一個(gè)碳納米管線410，以及 設(shè)置于該至少一個(gè)碳納米管線410表面的增強(qiáng)體420。具體地，所述碳納米管線410包括多 個(gè)碳納米管412，該多個(gè)碳納米管412的表面設(shè)置有所述增強(qiáng)體420。進(jìn)一步地，所述增強(qiáng) 體420設(shè)置于每一個(gè)碳納米管412的表面；相鄰的碳納米管412之間通過該增強(qiáng)體420相 互作用而緊密連接在一起。本實(shí)施例中，所述碳納米管線410為一個(gè)扭轉(zhuǎn)的碳納米管線，因此，所述碳納米管 復(fù)合結(jié)構(gòu)40也為一個(gè)扭轉(zhuǎn)的碳納米管復(fù)合線，即該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)40為一絞線結(jié)構(gòu)。所 述增強(qiáng)體420的材料為三氧化二鐵，在每一個(gè)碳納米管412的表面形成有一個(gè)納米級(jí)的三 氧化二鐵層，且相鄰的碳納米管412之間通過該納米三氧化二鐵緊密結(jié)合在一起。因此，該 碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)40為三氧化二鐵碳納米管復(fù)合絞線。請(qǐng)參閱圖10，本發(fā)明第四實(shí)施例的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)40與所述碳納米管線狀結(jié)構(gòu)相比具有較高的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量。圖10中的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)是一直徑為27微米 左右的碳納米管絞線，該碳納米管絞線的拉伸強(qiáng)度大約為447兆帕(MPa)，楊氏模量大約為 10. 5千兆帕(GPa)。圖10中的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的直徑為18微米左右，其拉伸強(qiáng)度大約 為862MPa，楊氏模量大約為123GPa?？梢岳斫?，當(dāng)碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的直徑為27微米時(shí)的 拉伸強(qiáng)度及楊氏模量要比碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)40的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量高，因此，相同直徑 的碳納米管復(fù)合絞線與碳納米管線狀結(jié)構(gòu)相比，碳納米管復(fù)合絞線的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量 要比碳納米管線狀結(jié)構(gòu)的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量高得多。本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)第一，所述碳納米管復(fù)合 結(jié)構(gòu)包括碳納米管結(jié)構(gòu)及增強(qiáng)體，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳納米管，所述增強(qiáng)體設(shè)置 于該多個(gè)碳納米管的表面，且相鄰的碳納米管之間通過該增強(qiáng)體相互作用而緊密結(jié)合在一 起，因此該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)具有良好的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量，且相較于所述純的碳納米 管結(jié)構(gòu)也具有較好的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量。第二，當(dāng)所述增強(qiáng)體具有良好的導(dǎo)電性時(shí)，由于 該增強(qiáng)體將相鄰的碳納米管緊密結(jié)合在一起，因此由碳納米管結(jié)構(gòu)及上述增強(qiáng)體組成的碳 納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，且比純的碳納米管結(jié)構(gòu)具有更好的導(dǎo)電性能。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，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
1.一種碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其包括一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)為多個(gè)碳納米 管組成的自支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于，進(jìn)一步包括一增強(qiáng)體，該增強(qiáng)體設(shè)置于所述多個(gè)碳納米 管的表面，且相鄰的碳納米管之間通過該增強(qiáng)體緊密結(jié)合。
2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)碳納米管表面包覆一增 強(qiáng)體層。
3.如權(quán)利要求2所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述增強(qiáng)體層的厚度為1納米 至1微米。
4.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，每個(gè)碳納米管表面分布有多 個(gè)間隔設(shè)置的增強(qiáng)體顆粒。
5.如權(quán)利要求4所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述增強(qiáng)體顆粒的尺寸為1納 米至50納米。
6.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述增強(qiáng)體的材料為鋅、鐵、 鈷、錳、銅、鎳、金、銀、鉬、銠、釕、鈀、氧化鋅、氧化鐵、四氧化三鐵、二氧化錳、氧化鎳、氧化 銅、四氧化三鈷及氧化鈷中的一種或其任意組合。
7.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少 一個(gè)碳納米管膜、至少一個(gè)碳納米管線或其組合。
8.如權(quán)利要求7所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管膜包括多個(gè)通 過范德華力首尾相連且沿同一方向擇優(yōu)取向排列的碳納米管。
9.如權(quán)利要求7所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管膜包括多個(gè)通 過范德華力相互纏繞的碳納米管。
10.如權(quán)利要求7所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管膜包括多個(gè)均 勻分布，且沿同一方向或不同方向擇優(yōu)取向排列的碳納米管。
11.如權(quán)利要求7所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括至少 兩個(gè)平行且無間隙共面設(shè)置或?qū)盈B設(shè)置的碳納米管膜。
12.如權(quán)利要求7所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管線包括多個(gè)沿 該碳納米管線的軸向基本平行排列或沿該碳納米管線的軸向螺旋排列的碳納米管。
13.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)中有微 隙，所述增強(qiáng)體設(shè)置于該微隙中。
14.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè) 相互間隔的碳納米管，該相互間隔的碳納米管通過所述增強(qiáng)體相互連接。
15.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè) 相互接觸的碳納米管，所述增強(qiáng)體形成于該相互接觸的碳納米管的接觸處。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其包括一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)為多個(gè)碳納米管組成的自支撐結(jié)構(gòu)，其中，進(jìn)一步包括一增強(qiáng)體，該增強(qiáng)體設(shè)置于所述多個(gè)碳納米管的表面，且相鄰的碳納米管之間通過該增強(qiáng)體緊密結(jié)合。該碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)具有良好的拉伸強(qiáng)度及楊氏模量。
文檔編號(hào)C01B31/00GK102040212SQ200910110320
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者劉鍇, 周睿風(fēng), 姜開利, 孫穎慧, 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