CN102092702B - 碳纳米管结构的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纳米管结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一筒状碳纳米管阵列；以及采用一拉伸工具从该筒状碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米管结构。该碳纳米管结构可应用于线缆、透明电极及触摸屏等领域。

Description

碳纳米管结构的制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管结构的制备方法。

背景技术

碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)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，因此具有广阔的应用领域。由于单根碳纳米管的尺寸为纳米级，难于进行加工，为便于实际应用，人们尝试将多个碳纳米管作为原材料，制成具有较大尺寸的宏观结构。该宏观结构由多个碳纳米管组成，可以是膜状、线状或其它形状。现有技术中一般将由多个碳纳米管组成的宏观膜状结构称为碳纳米管膜(Carbon Nanotube Film)，将由多个碳纳米管组成的宏观线状结构称为碳纳米管线(Carbon Nanotube Wire)或碳纳米管线缆(Carbon Nanotube Cable)。

姜开利等人在中国发明专利说明书第CN100411979C号中揭露了一种从碳纳米管阵列中直接拉取获得的碳纳米管绳，这种碳纳米管绳具有宏观尺度且能够自支撑，其包括多个在范德华力作用下首尾相连的碳纳米管。由于该碳纳米管绳中碳纳米管基本沿同一方向延伸，因此该碳纳米管绳能够较好的发挥碳纳米管轴向具有的导电及导热等各种优异性质，具有极为广泛的应用前景。另外，与上述拉取碳纳米管绳相似地，可从碳纳米管阵列中拉取一碳纳米管膜。

然而，该碳纳米管绳及碳纳米管膜均从一碳纳米管阵列中拉出，绳的直径或膜的宽度受到该碳纳米管阵列尺寸的限制。现有技术中的碳纳米管阵列一般采用化学气相沉积法生长获得，具体为将一平整的圆形硅片作为基底，一表面形成一催化剂薄膜，放置于反应炉中加热，并通入碳源气及保护气体，该碳源气在硅片表面的催化剂作用下分解，并在硅片表面生长出碳纳米管。目前用于生长碳纳米管阵列的反应炉为直径10英寸的管式反应炉。由于在上述生长过程中，管式反应炉内的气压小于炉外的大气压力，管式反应炉的炉壁将承受向内的压力，使该管式反应炉的内径难以做到很大。一般地，当管式反应炉的直径为10英寸，长度为2米，内部气压为10托(Torr)时，内外壁压力差为5万牛顿。而当管式反应炉的直径增加到40英寸时，内外壁压力差可达到20万牛顿。并且，当直径增加时，由于管式反应炉的炉壁曲率下降，其支撑作用也会减弱，使管式反应炉的稳定性变差甚至破裂，影响安全性。

因此，当采用圆形硅片作为基底在10英寸管式反应炉内生长碳纳米管阵列时，该圆形硅片的最大直径约为8英寸，使从该圆形硅片生长的碳纳米管阵列中拉取的碳纳米管膜的宽度或绳的直径受到限制，该碳纳米管膜最宽仅为约8英寸，无法满足实际应用的需要。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种能够获得尺寸较大的碳纳米管结构的制备方法。

一种碳纳米管结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一筒状碳纳米管阵列；以及采用一拉伸工具从该筒状碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米管结构。

一种碳纳米管结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一筒状碳纳米管阵列以及一拉伸工具，该筒状碳纳米管阵列沿轴向具有一开口，该拉伸工具的形状与所述筒状碳纳米管阵列的横截面形状对应；采用该拉伸工具从该筒状碳纳米管阵列中拉取获得一具有开口的筒状碳纳米管膜；以及使所述拉伸工具伸直，以使所述筒状碳纳米管膜从该开口处展平。

一种碳纳米管结构的制备方法，其包括以下步骤：提供一筒状碳纳米管阵列；采用拉伸工具从所述筒状碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片段；使该拉伸工具沿该筒状碳纳米管阵列的轴向以一定速度远离该碳纳米管阵列移动，以拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出多个连续的碳纳米管片段；使该多个碳纳米管片段形成一锥体结构，并在该锥体结构的顶点汇聚成一碳纳米管线。

相较于现有技术，由于该碳纳米管阵列为筒状，因此，在相同的现有反应炉中制备的该筒状碳纳米管阵列比平面碳纳米管阵列具有更大的尺寸，使从中拉取获得的碳纳米管结构也具有更大的尺寸。

附图说明

图1是本发明实施例一种筒状碳纳米管阵列的结构示意图。

图2是本发明实施例形成于圆形筒状体内表面的筒状碳纳米管阵列沿II-II的剖视示意图。

图3是本发明实施例形成于具有开口的圆形筒状体内表面的筒状碳纳米管阵列垂直于筒状体轴向的剖视示意图。

图4是本发明实施例形成于矩形筒状体内表面的筒状碳纳米管阵列垂直于筒状体轴向的剖视示意图。

图5是本发明实施例形成于具有开口的矩形筒状体内表面的筒状碳纳米管阵列垂直于筒状体轴向的剖视示意图。

图6是本发明实施例形成于圆形筒状体外表面的筒状碳纳米管阵列垂直于筒状体轴向的剖视示意图。

图7是一碳纳米管片段的结构示意图。

图8是与筒状碳纳米管阵列相对应的拉伸工具的结构示意图。

图9是从筒状碳纳米管阵列拉取一碳纳米管线的过程示意图。

图10是本发明实施例非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图11是本发明实施例扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图12是从筒状碳纳米管阵列拉取一碳纳米管膜的过程示意图。

图13是从具有开口的筒状碳纳米管阵列拉取一具有开口的碳纳米管膜的过程示意图。

图14是本发明实施例碳纳米管膜的扫描电镜照片。

主要元件符号说明

碳纳米管结构      100

筒状碳纳米管阵列  120，120a，120b，120c

拉伸工具          110

基底              140，140a，140b，140c

开口              142

碳纳米管片段      143

碳纳米管          145

圆锥体结构    104

碳纳米管线    102

碳纳米管膜    106

膜开口        108

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例碳纳米管结构的制备方法。

本发明实施例提供一种碳纳米管结构100的制备方法，其包括以下步骤：

步骤一：提供一筒状碳纳米管阵列120。

步骤二：采用一拉伸工具110从该筒状碳纳米管阵列120中拉取获得一碳纳米管结构100。

下面分别对各步骤展开说明。

首先对步骤一进一步说明。请参阅图1及图2，所述筒状碳纳米管阵列120是通过化学气相沉积法形成于一具有筒状柱面的基底140表面，优选为超顺排的筒状碳纳米管阵列120。该超顺排筒状碳纳米管阵列120可通过化学气相沉积法在基底140表面的催化剂层上形成。本实施例中，该超顺排筒状碳纳米管阵列120的制备方法具体包括：

(a)提供一基底140，该基底140包括至少一筒状柱面；

(b)在该基底140的所述至少一筒状柱面上均匀形成一催化剂层；

(c)将上述形成有催化剂层的基底140在300℃～900℃(如700℃)的空气中退火约30分钟～90分钟；以及

(d)将基底140置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500℃～900℃(如740℃)，然后通入碳源气体反应约5分钟～30分钟，生长得到超顺排的筒状碳纳米管阵列120。

所述基底的筒状柱面包括但不限于以下方式得到。

所述基底可以是筒状体(空心体)，该筒状体具有内外两个表面，该内外两个表面均可作为所述筒状柱面，该筒状体的筒壁可以进一步沿轴向开设一开口，为方便描述，将设有开口(不封闭)和未设开口(封闭)的这两种情况统称为筒状体。请参阅图2，在本实施例中，该基底140是截面为圆形的封闭筒状体，所述碳纳米管阵列120形成于该筒状体的内表面，形成一封闭的筒状碳纳米管阵列120。请参阅图3，该基底140a可以为具有一平行于筒状体轴向的开口142的未封闭筒状体，该筒状体的截面为未封闭的圆形。所述碳纳米管阵列120a形成于该未封闭筒状体的内表面，形成一未封闭的筒状碳纳米管阵列120a，该未封闭的筒状碳纳米管阵列120a包括一平行于该筒状碳纳米管阵列轴向的开口。请参阅图4，该基底140b也可以是截面为矩形的封闭筒状体，该矩形具有圆角。所述碳纳米管阵列120b形成于该筒状体的内表面，形成一封闭的筒状碳纳米管阵列120b。请参阅图5，该基底140c还可以为具有一平行于筒状体轴向的开口142的未封闭筒状体，该筒状体的截面为未封闭的矩形，该矩形具有圆角。所述碳纳米管阵列120c形成于该未封闭筒状体的内表面，形成一未封闭的筒状碳纳米管阵列120c，该未封闭的筒状碳纳米管阵列120c包括一平行于该筒状碳纳米管阵列轴向的开口。可以理解，所述基底不限于上述形状，该基底的截面也可是椭圆或者具有圆角的其他多边形等。可以理解，为了顺利生长碳纳米管阵列以及从该筒状体内表面拉取所述碳纳米管结构100，该筒状体至少一端具有一开口。优选地，该筒状体的两端均具有开口。

所述基底也可以是柱状体(实心体)，该柱状体外周面形成所述筒状柱面，与筒状体相似的，该柱状体的横截面可以是圆、椭圆或者圆角多边形，也可进一步在柱状体外周面沿轴向设置长条状开口，从而形成轴向具有开口的筒状柱面，此时该柱状体的横截面呈具有缺口的圆、椭圆或者圆角多边形等。

该基底140可选用石英基底、耐高温玻璃基底、P型或N型硅基底，熔点高的金属基底或选用形成有氧化层的硅基底，本实施例中优选为一具有较为平滑表面的石英管。上述基底140在生长碳纳米管阵列120的过程中能够耐受所述退火及反应温度，不致变形或熔化。

请参阅图6，当该基底140为筒状体时，通过改变该催化剂层的位置，使筒状碳纳米管阵列120可形成于该筒状体的外表面。

该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一，优选为约5纳米厚的铁催化剂层。该催化剂层可形成在该石英管的内表面及外表面中至少一表面。当该石英管的内表面及外表面均形成有催化剂层时，该石英管可用于形成两个相嵌套的筒状碳纳米管阵列120。本实施例中，该催化剂层形成于该石英管的内表面。

当所述反应炉为管式反应炉时，该基底140可沿管式反应炉的轴向设置于该管式反应炉内。进一步地，可通过一支架固定该基底140的两端，使该基底140悬于该反应炉内。该碳源气可选用乙炔、乙烯、乙烷等，优选为乙炔等化学性质较活泼的碳氢化合物，保护气体可选用氮气、氨气或惰性气体。

该筒状碳纳米管阵列120包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管彼此平行且垂直于该基底140表面。该筒状碳纳米管阵列120的顶面为与该基底140表面平行的柱面。通过上述控制生长条件，该筒状碳纳米管阵列120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。该筒状碳纳米管阵列120中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。该筒状碳纳米管阵列120的生长面积可以与上述基底140面积基本相同。该筒状碳纳米管阵列120中的碳纳米管可以至少包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种。该筒状碳纳米管阵列120中碳纳米管的高度为2微米～10毫米，优选为100微米～900微米。该碳纳米管的直径为1～50纳米。

当该基底140为具有一平行于轴向的开口的筒状体时，该筒状碳纳米管阵列120也具有一平行于轴向的开口。另外，当该筒状碳纳米管阵列120形成于一封闭的筒状体时，可进一步沿筒状碳纳米管阵列120的轴向除去部分碳纳米管，从而使筒状碳纳米管阵列120具有一沿轴向的开口。

所述步骤二具体包括以下步骤：(e)从所述筒状碳纳米管阵列120中选定一碳纳米管片段；(f)沿该筒状碳纳米管阵列120的轴向以一定速度拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出连续的多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管结构100。

请参阅图7，在上述步骤(e)中，该碳纳米管片段143由该筒状碳纳米管阵列120中的一个或相邻的多个相互平行的一束碳纳米管145组成。该拉伸工具110用于选定并拉取该碳纳米管片段。该拉伸工具110可以为镊子、夹子、胶带或表面具有黏胶的基条。该选定所述碳纳米管片段的过程可以是采用镊子或夹子夹取筒状碳纳米管阵列120中的部分碳纳米管，或者是采用胶带或基条的黏胶接触该筒状碳纳米管阵列120。优选地，该选定的碳纳米管片段位于该筒状碳纳米管阵列120的轴向边缘。

请参阅图8，进一步地，该拉伸工具110的形状可与该筒状碳纳米管阵列120的横截面形状相对应，具体可为一表面具黏胶的环形工具，该环形工具与该筒状碳纳米管阵列120的横截面具有基本相等的直径及形状。当该筒状碳纳米管阵列120为圆筒时，该拉伸工具110可为一圆环。该选定所述碳纳米管片段的过程为将该圆环与该筒状碳纳米管阵列120同轴设置并相互接触，使与该圆环接触的筒状阵列120中的一圈碳纳米管被该圆环表面的黏胶黏附，从而形成一圆环状碳纳米管片段。

当该筒状碳纳米管阵列120形成于所述筒状体的内表面时，该拉伸工具110从筒状体内部拉取该碳纳米管结构100。当该筒状碳纳米管阵列120形成于所述筒状体的外表面时，该拉伸工具110从筒状体外部拉取该碳纳米管结构100。当所述筒状体的内外表面分别具有一筒状碳纳米管阵列120时，通过改变该该拉伸工具110的结构，可同时从筒状体的内表面及外表面拉取该碳纳米管结构100。

在上述步骤(f)中，该拉伸工具110沿该筒状碳纳米管阵列120的轴向移动并逐渐远离该筒状碳纳米管阵列120，从而以一定速度拉取该选定的碳纳米管片段。该拉取的方向优选与所述基底140碳纳米管阵列120的生长表面平行。当该被选定碳纳米管片段在拉力作用下沿拉取方向逐渐脱离基底140的同时，由于范德华力作用，与该选定的碳纳米管片段相邻的其它碳纳米管片段首尾相连地相继地被拉出，从而形成一连续、均匀的碳纳米管结构120。该碳纳米管结构100可以为一具有一定宽度的碳纳米管膜或具有一定直径的碳纳米管线。该形成的碳纳米管结构100是碳纳米管线还是碳纳米管膜由该拉伸工具110选定的碳纳米管片段的宽度，以及拉出多个连续的碳纳米管片段后的处理步骤决定。

以下将分别就该形成碳纳米管线及碳纳米管膜的两种情况进行具体介绍。

如图9所示，当该选定的碳纳米管片段的宽度较窄时，可通过进一步处理所述拉出的碳纳米管片段，形成一碳纳米管线102。具体地，当该拉伸工具110沿筒状碳纳米管阵列120的轴向拉取该选定的碳纳米管片段时，与该选定的碳纳米管片段相邻的碳纳米管片段通过范德华力的作用被首尾相连地不断从筒状碳纳米管阵列120中拉出并形成一中空的圆锥体结构104，通过进一步处理可使所述碳纳米管片段在该圆锥体结构的顶点汇聚成一碳纳米管线102。

该形成碳纳米管线102的过程可进一步包括采用一有机溶剂处理该拉出的连续的多个碳纳米管片段，使碳纳米管片段在该圆锥体结构104顶端聚拢形成所述碳纳米管线102。本实施例具体为使该圆锥体结构104通过该有机溶剂浸润并汇聚成碳纳米管线102后使该有机溶剂挥发。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，该圆锥体结构104中的碳纳米管通过范德华力聚拢，从而形成一非扭转的碳纳米管线102。

该形成碳纳米管线102的过程还可进一步包括沿该筒状碳纳米管阵列120的轴线转动该拉伸工具110，使该拉出的连续的多个碳纳米管片段发生扭转，并在该圆锥体结构104的顶点形成一扭转的碳纳米管线102。

该碳纳米管线102是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管为沿该碳纳米管线102的长度方向择优取向排列。进一步地，所述碳纳米管线102中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，该碳纳米管线102包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段由多个相互平行并通过范德华力结合的碳纳米管组成。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。请参阅图10，当该碳纳米管线102为非扭转的碳纳米管线时包括多个基本平行于所述碳纳米管线102长度方向排列的碳纳米管。请参阅图11，当该碳纳米管线102为扭转的碳纳米管线102时包括多个绕该碳纳米管线102轴向螺旋排列的碳纳米管。

如图12所示，当选定的碳纳米管片段的宽度较宽时，可形成一碳纳米管膜106。具体地，当该拉伸工具110沿筒状碳纳米管阵列120的轴向拉取该碳纳米管片段时，与该选定的碳纳米管片段具有相等宽度的碳纳米管膜106被从碳纳米管阵列120中拉出。优选地，当该拉伸工具110的形状与该筒状碳纳米管阵列120的横截面形状相对应时，通过该拉伸工具110选定并拉取所述碳纳米管片段可获得一筒状碳纳米管膜106。本实施例中，该拉伸工具110为一具有黏胶的圆环，以与该封闭圆筒状碳纳米管阵列120的横截面对应，并拉取获得一圆筒状碳纳米管膜106。

进一步地，该圆筒状碳纳米管膜106可展开成一平面状碳纳米管膜106。该平面状碳纳米管膜106可铺设于一基板表面。该圆环可为具有弹性的橡胶圈，从而能够展开伸直。具体地，当该筒状碳纳米管膜106为封闭结构时，可将该拉伸工具110从一点断开，并通过一激光刻蚀步骤沿该筒状碳纳米管膜106的轴向从该断开处切割该筒状碳纳米管膜106，在筒状碳纳米管膜106上形成一开口，通过使该拉伸工具110伸直，使该筒状碳纳米管膜106从该开口处展平。

请参阅图3及图13，在另一实施例中，所述基底140a具有所述开口142，从而使形成于该基底140a的筒状碳纳米管阵列120a也具有一开口。该拉伸工具110a的形状与该筒状碳纳米管阵列120a的横截面形状对应，也具有一开口。则采用该拉伸工具110a从该筒状碳纳米管阵列120a中拉取获得的筒状碳纳米管膜106a也具有一沿轴向的膜开口108，此时，可直接通过使该拉伸工具110a伸直，使该筒状碳纳米管膜106a从该膜开口108处展平。

另外，可通过其他方法形成所述具有开口的筒状碳纳米管阵列120a，例如，在封闭的筒状体或柱状体基底表面沉积一具有开口的催化剂层，或形成一封闭的筒状碳纳米管阵列后沿轴向将部分碳纳米管阵列除去，从而形成所述开口。

请参阅图14，该形成的碳纳米管膜106是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干碳纳米管为沿该碳纳米管膜106的长度方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜106中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜106的表面。进一步地，所述碳纳米管膜106中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜106中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管膜106中存在少数偏离该延伸方向的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜106中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述自支撑为碳纳米管膜106不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管膜106置于(或固定于)间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜106能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜106中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。具体地，所述碳纳米管膜106中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜106的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。

具体地，请参阅图7，该碳纳米管膜106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由多个相互平行的碳纳米管145组成。该碳纳米管片段143具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管膜106的厚度为0.5纳米～100微米，最大宽度与所述筒状碳纳米管阵列垂直于轴向的周长相等，长度不限。该碳纳米管膜106的比表面积大于100平方米每克。当该筒状碳纳米管阵列120直径为8英寸时，该碳纳米管膜106的最大宽度约为64厘米。该碳纳米管膜106具有较好的透光性，可见光透过率可以达到75％以上。

本发明实施例进一步包括一形成碳纳米管线的方法，其具体包括：提供一筒状碳纳米管阵列；采用拉伸工具从所述筒状碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片段；使该拉伸工具沿该筒状碳纳米管阵列的轴向以一定速度远离该碳纳米管阵列移动，以拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出多个连续的碳纳米管片段；使该多个碳纳米管片段形成一锥体结构，并在该锥体结构的顶点汇聚成一碳纳米管线。具体地，可通过一挥发性有机溶剂浸润该拉出的碳纳米管片段，并在该锥体结构汇聚成碳纳米管线；并该有机溶剂挥发。另外，可通过沿该筒状碳纳米管阵列的轴线转动该拉伸工具，以形成所述锥体结构，并在该锥体结构的顶点形成一扭转的碳纳米管线。

本发明实施例进一步包括一形成筒状碳纳米管膜的方法，其具体包括：提供一筒状碳纳米管阵列以及一拉伸工具，该拉伸工具的形状与所述筒状碳纳米管阵列的横截面形状对应；采用该拉伸工具从该筒状碳纳米管阵列中拉取获得一筒状碳纳米管膜。具体地，采用该拉伸工具从所述筒状碳纳米管阵列的轴向边缘选定一碳纳米管片段；以及使该拉伸工具沿该筒状碳纳米管阵列的轴向以一定速度远离该碳纳米管阵列移动，以拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出多个碳纳米管片段，进而形成一连续的筒状碳纳米管膜。

本发明实施例进一步包括一形成平面状碳纳米管膜的方法，其具体包括：提供一筒状碳纳米管阵列以及一拉伸工具，该筒状碳纳米管阵列沿轴向具有一开口，该拉伸工具的形状与所述筒状碳纳米管阵列的横截面形状对应；采用该拉伸工具从该筒状碳纳米管阵列中拉取获得一具有开口的筒状碳纳米管膜；以及使所述拉伸工具伸直，以使所述筒状碳纳米管膜从该开口处展平，获得一平面状碳纳米管膜。

由于所述基底可以具有较大的用于生长碳纳米管阵列的表面积，与平面基底比较，在现有的相同反应炉中，可充分利用反应炉内的空间，生长出较大尺寸的碳纳米管阵列，从而使从该碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜具有较大的宽度，碳纳米管线具有较大的直径。该具有较大宽度的碳纳米管膜可作为透明导电膜方便地应用于面积较大的触膜屏及液晶显示器等装置中，该较大直径的碳纳米管线可用于提高线缆的强度。另外，由于该筒状碳纳米管阵列的长度可与该反应炉腔体具有基本相等的长度，因此可以从该筒状碳纳米管阵列中拉取获得长度更长的碳纳米管结构。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (21)

1.一种碳纳米管结构的制备方法，其包括以下步骤：

提供一筒状碳纳米管阵列；以及

采用一拉伸工具从该筒状碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米管结构，包括：

a.采用拉伸工具从所述筒状碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片段；以及

b.使该拉伸工具沿该筒状碳纳米管阵列的轴向以一定速度远离该碳纳米管阵列移动，以拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管结构。

2.如权利要求1所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述筒状碳纳米管阵列的制备方法包括以下步骤：

提供一基底，该基底包括至少一筒状柱面；

在该基底的所述至少一筒状柱面上均匀形成一催化剂层；以及

采用化学气相沉积法在生长基底的筒状柱面上生长超顺排碳纳米管阵列。

3.如权利要求2所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述基底为实心柱状体，所述筒状碳纳米管阵列形成于所述实心柱状体的外表面。

4.如权利要求1所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述筒状碳纳米管阵列具有一平行于所述筒状碳纳米管阵列轴向的开口。

5.如权利要求2所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述基底为空心筒状体，具有一内表面及一外表面，所述筒状碳纳米管阵列形成于该内表面及外表面中的至少一表面，所述拉伸工具从该内表面及外表面中至少一表面拉取形成所述碳纳米管结构。

6.如权利要求5所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述筒状碳纳米管阵列形成于该内表面及外表面，所述拉伸工具从该内表面及外表面同时拉取形成所述碳纳米管结构。

7.如权利要求2所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述基底的横截面为圆形、椭圆形或具有圆角的多边形。

8.如权利要求2所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述基底为石英基底、耐高温玻璃基底、P型硅基底、N型硅基底、耐高温金属基底或形成有氧化层的硅基底。

9.如权利要求2所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述采用化学气相沉积法在生长基底的筒状柱面上生长超顺排碳纳米管阵列的步骤在管式反应炉中进行，所述基底沿该管式反应炉的轴向设置于该管式反应炉内。

10.如权利要求1所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管片段为一个碳纳米管或多个基本相互平行的碳纳米管组成的一束碳纳米管。

11.如权利要求1所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述选定的碳纳米管片段位于该筒状碳纳米管阵列的轴向边缘。

12.如权利要求1所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述拉伸工具的形状与所述筒状碳纳米管阵列的横截面形状对应。

13.如权利要求12所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述筒状碳纳米管阵列为一圆筒，所述拉伸工具为一具有黏胶的圆环。

14.如权利要求13所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述圆环与所述筒状碳纳米管阵列同轴设置并相互接触，使与所述圆环接触的一圈碳纳米管被该圆环表面的黏胶黏附，从而选定一圆环状碳纳米管片段。

15.如权利要求12所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构为一筒状碳纳米管膜。

16.如权利要求15所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，进一步包括：

将该拉伸工具从一点断开；

通过一激光刻蚀步骤沿该筒状碳纳米管膜的轴向从该断开处切割该筒状碳纳米管膜，在筒状碳纳米管膜上形成一开口；

以及使该拉伸工具伸直，从而将该筒状碳纳米管膜从该开口处展平。

17.一种碳纳米管结构的制备方法，其包括以下步骤：

提供一筒状碳纳米管阵列以及一拉伸工具，该筒状碳纳米管阵列沿轴向具有一开口，该拉伸工具的形状与所述筒状碳纳米管阵列的横截面形状对应；

采用该拉伸工具从该筒状碳纳米管阵列中拉取获得一具有开口的筒状碳纳米管膜，包括：

a.采用拉伸工具从所述筒状碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片段；以及

b.使该拉伸工具沿该筒状碳纳米管阵列的轴向以一定速度远离该碳纳米管阵列移动，以拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出多个碳纳米管片段，进而形成所述具有开口的筒状碳纳米管膜；以及使所述拉伸工具伸直，以使所述筒状碳纳米管膜从该开口处展平。

18.如权利要求17所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，所述筒状碳纳米管阵列形成于一空心筒状体的内表面或外表面，该空心筒状体具有一平行于该空心筒状体轴向的开口。

19.一种碳纳米管结构的制备方法，其包括以下步骤：

提供一筒状碳纳米管阵列；

采用拉伸工具从所述筒状碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片段；

使该拉伸工具沿该筒状碳纳米管阵列的轴向以一定速度远离该碳纳米管阵列移动，以拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出多个连续的碳纳米管片段；

使该多个碳纳米管片段形成一锥体结构，并在该锥体结构的顶点汇聚成一碳纳米管线。

20.如权利要求19所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，进一步包括：通过一挥发性有机溶剂浸润该拉出的碳纳米管片段，从而使该多个碳纳米管片段汇聚成一锥体结构，并在该锥体结构的顶点汇聚成所述碳纳米管线；以及

使该有机溶剂挥发。

21.如权利要求19所述的碳纳米管结构的制备方法，其特征在于，进一步包括沿该筒状碳纳米管阵列的轴线转动该拉伸工具，以形成所述锥体结构，并在该锥体结构的顶点形成一扭转的碳纳米管线。

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