TWI405712B - 奈米碳管結構及其製備方法 - Google Patents

Description

奈米碳管結構及其製備方法

本發明涉及一種奈米碳管結構及其製備方法。

從1991年日本科學家飯島澄男首次發現奈米碳管(Carbon Nanotube,CNT)以來，以奈米碳管為代表的奈米材料以其獨特的結構和性質引起了人們極大的關注。近幾年來，隨著奈米碳管及奈米材料研究的不斷深入，其廣闊應用前景不斷顯現出來。例如，由於奈米碳管所具有的獨特的電磁學、光學、力學、化學性能等，使其於場發射電子源、超薄平面顯示器、陰極電極、生物感測器等領域具有廣泛的應用前景。

然，一般情況下製備得到的奈米碳管為微觀結構，其於宏觀上為粉末狀或顆粒狀，不利於奈米碳管的宏觀應用。因此，將奈米碳管組裝成宏觀尺度的結構對於奈米碳管的宏觀應用具有重要意義。

先前技術中，宏觀的奈米碳管結構主要有奈米碳管線以及奈米碳管膜。奈米碳管線為主要由複數個通過凡得瓦力首尾相連的奈米碳管沿該奈米碳管線的軸向擇優取向排列或沿該奈米碳管線的軸向螺旋排列構成的線狀結構。而奈米碳管膜為 主要由複數個奈米碳管組成的薄片狀結構。然而，先前技術並沒有揭示一種具有空心管狀結構的奈米碳管結構以及該奈米碳管結構的製備方法。

有鑒於此，提供一種具有宏觀尺寸且具有管狀結構的奈米碳管結構及其製備方法實為必要。

一種奈米碳管結構，其中，該奈米碳管結構係由複數個奈米碳管組成的一個管狀結構，該奈米碳管結構中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密相連。

一種奈米碳管結構，其中，該奈米碳管結構係一個管狀結構，包括一管壁及由管壁圍成的中空的線狀軸心，該奈米碳管結構的管壁是由通過凡得瓦力緊密結合的複數個奈米碳管組成的。

一種奈米碳管結構的製備方法，包括：提供一線狀支撐體，和至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線；將所述至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線纏繞於所述線狀支撐體表面；以及移除所述線狀支撐體，形成一奈米碳管結構。

相較先前技術，本發明的奈米碳管結構係由複數個奈米碳管組成一個空心管狀結構，該空心管狀結構具有質量輕、熱容小、無黏性、強度高以及耐彎折等特性，能方便地應用於宏觀的複數個領域。所述奈米碳管結構的製作方法，通過將至少一該奈米碳管膜或至少一奈米碳管線直接纏繞於一線狀支 撐體結構表面，最後移除該線狀支撐體製備而成，方法簡單、易行。

10‧‧‧基底

12‧‧‧奈米碳管陣列

14‧‧‧奈米碳管拉膜

20‧‧‧供給單元

22‧‧‧支撐座

24‧‧‧線軸

28‧‧‧導向軸

30‧‧‧包覆單元

32‧‧‧驅動機構

34‧‧‧空心旋轉軸

36‧‧‧支撐結構

38‧‧‧花盤

40‧‧‧收集單元

42‧‧‧第二電機

44‧‧‧奈米碳管結構收集器

50‧‧‧定位單元

100‧‧‧製備裝置

322‧‧‧第一電機

324‧‧‧第一帶輪

326‧‧‧齒型帶

328‧‧‧第二帶輪

342‧‧‧軸承

圖1 為本發明實施例奈米碳管結構采用的奈米碳管拉膜的SEM照片。

圖2 為從奈米碳管陣列拉取奈米碳管膜的示意圖。

圖3 為本發明實施例奈米碳管結構采用的奈米碳管碾壓膜的SEM照片。

圖4 為本發明實施例奈米碳管結構采用的奈米碳管絮化膜的SEM照片。

圖5 為本發明實施例奈米碳管結構的SEM照片。

圖6 為本發明實施例奈米碳管結構製備方法的流程圖。

圖7 為製備本發明實施例奈米碳管結構的製備裝置的俯視局部剖面圖。

圖8 為製備本發明實施例奈米碳管結構的製備裝置的主視局部剖面圖。

下面將結合附圖對本發明實施例作進一步的詳細說明。

本發明提供一種奈米碳管結構，該奈米碳管結構係由複數個奈米碳管組成的一個管狀結構。

所述奈米碳管結構具有一中空的線狀軸心，該奈米碳管結構 係由至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線沿該奈米碳管結構的線狀軸心緊密環繞製備而成的一個管狀結構。該奈米碳管結構中的複數個奈米碳管通過凡得瓦力緊密相連並環繞該線狀軸心組成所述奈米碳管結構。

將至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線沿該奈米碳管結構的線狀軸心緊密環繞，該至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線會沿該線狀軸心形成一管壁，進而形成所述奈米碳管管狀結構。可以理解，該奈米碳管結構的管壁具有一定的厚度，可以通過所環繞的奈米碳管膜或奈米碳管線的層數確定。該奈米碳管結構中線狀軸心的截面形狀可以為方形、梯形、圓形或橢圓形等形狀，該線狀軸心的截面大小，可以根據實際要求製備。此外，根據線狀軸心的截面大小及形狀可以製備出不同大小及形狀的奈米碳管結構。

所述奈米碳管膜由複數奈米碳管組成，該複數奈米碳管無序或有序排列。所謂無序排列係指奈米碳管的排列方向無規則。所謂有序排列係指奈米碳管的排列方向有規則。具體地，當奈米碳管膜包括無序排列的奈米碳管時，奈米碳管相互纏繞或者各向同性排列；當奈米碳管膜包括有序排列的奈米碳管時，奈米碳管沿一個方向或者複數個方向擇優取向排列。所謂“擇優取向”係指所述奈米碳管膜中的大多數奈米碳管於一個方向或幾個方向上具有較大的取向幾率；即，該奈米碳管膜中的大多數奈米碳管的軸向基本沿同一方向或幾個方向延伸。

該奈米碳管膜可為奈米碳管拉膜、奈米碳管絮化膜或奈米碳管碾壓膜等。

請參見圖1，所述奈米碳管拉膜係由複數奈米碳管組成的自支撐結構。所述複數奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。該奈米碳管拉膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管拉膜的表面。進一步地，所述奈米碳管拉膜中多數奈米碳管係通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與於延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管拉膜中存於少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管拉膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述奈米碳管拉膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜置於(或固定於)間隔設置的兩個線狀支撐體上時，位於兩個線狀支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。

所述奈米碳管拉膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管拉膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存於部分接觸。

具體地，所述奈米碳管拉膜包括複數個連續且定向排列的奈 米碳管片段。該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段包括複數個相互平行的奈米碳管，該複數個相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該奈米碳管拉膜中的奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。

請參見圖2，所述奈米碳管拉膜可通過從奈米碳管陣列直接拉取獲得。從奈米碳管陣列中拉取獲得所述奈米碳管拉膜的具體方法包括：(a)利用拉伸工具從所述奈米碳管陣列中選定一奈米碳管片段，本實施例優選為採用具有一定寬度的膠帶或黏性基條接觸該奈米碳管陣列以選定具有一定寬度的一奈米碳管片段；(b)通過移動該拉伸工具，以一定速度拉取該選定的奈米碳管片段，從而首尾相連的拉出複數個奈米碳管片段，進而形成一連續的奈米碳管拉膜。該複數個奈米碳管相互並排使該奈米碳管片段具有一定寬度。當該被選定的奈米碳管片段於拉力作用下沿拉取方向逐漸脫離奈米碳管陣列的生長基底的同時，由於凡得瓦力作用，與該選定的奈米碳管片段相鄰的其他奈米碳管片段首尾相連地相繼地被拉出，從而形成一連續、均勻且具有一定寬度和擇優取向的奈米碳管拉膜。所述奈米碳管拉膜及其製備方法請參見2007年2月12日申請的，2010年7月11日公告的，公告號為TW I327177的中華民國發明專利申請公開說明書。

可以理解，通過將至少一奈米碳管拉膜沿該奈米碳管結構的線狀軸心緊密環繞形成所述具有空心管狀結構的奈米碳管結 構時，該奈米碳管結構中大多數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連並於該奈米碳管結構的線狀軸心的延伸方向環繞該線狀軸心螺旋狀緊密排列，相鄰的奈米碳管之間通過凡得瓦力緊密相連。該奈米碳管結構中大多數奈米碳管基本沿線狀軸心的延伸方向延伸。具體地，該奈米碳管結構中大多數奈米碳管均首尾相連地沿著線狀軸心的長度方向螺旋狀延伸。該奈米碳管結構中的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與於延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。該大多數奈米碳管中每一奈米碳管基本沿所述奈米碳管結構的線狀軸心螺旋狀緊密排列。該大多數奈米碳管中每一奈米碳管的延伸方向與所述奈米碳管結構的線狀軸心的延伸方向形成一定的交叉角α，0°<α≦90°。

所述奈米碳管碾壓膜包括均勻分佈的奈米碳管，奈米碳管無序，沿同一方向或不同方向擇優取向排列。請參見圖3，優選地，所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管基本沿同一方向延伸且平行於該奈米碳管碾壓膜的表面。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管相互交疊。所述奈米碳管碾壓膜中奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使得該奈米碳管碾壓膜具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。且由於奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使奈米碳管碾壓膜為一自支撐的結構，可無需基底支撐，自支撐存於。該奈米碳管碾壓膜可通過碾壓一奈米碳管陣列獲得。該奈米碳管陣列形成於一基體表面， 所製備的奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管與該奈米碳管陣列的基體的表面成一夾角β，其中，β大於等於0度且小於等於15度(0°≦β≦15°)。優選地，所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管的軸向基本平行於該奈米碳管碾壓膜的表面。依據碾壓的方式不同，該奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管具有不同的排列形式。該奈米碳管碾壓膜的面積和厚度不限，可根據實際需要選擇。該奈米碳管碾壓膜的面積與奈米碳管陣列的尺寸基本相同。該奈米碳管碾壓膜厚度與奈米碳管陣列的高度以及碾壓的壓力有關，可為1微米~100微米。所述奈米碳管碾壓膜及其製備方法請參見2009年1月1日公開的，公開號為TW200900348的中華民國發明專利申請公開說明書。

可以理解，通過將至少一奈米碳管碾壓膜沿該奈米碳管結構的線狀軸心緊密環繞形成所述具有空心管狀結構的奈米碳管結構時，該奈米碳管結構中複數個奈米碳管於該奈米碳管結構的線狀軸心緊密排列，且相鄰的奈米碳管之間通過凡得瓦力緊密排列。可以理解，該奈米碳管結構中複數個奈米碳管的排列方向取決於所述奈米碳管碾壓膜中奈米碳管的排列方向。優選地，當所述奈米碳管碾壓膜中的大多數奈米碳管基本沿同一方向延伸並且平行於該奈米碳管碾壓膜的表面時，將至少一奈米碳管碾壓膜沿該奈米碳管結構的線狀軸心緊密纏繞形成所述奈米碳管結構，該奈米碳管結構中大多數奈米碳管於該奈米碳管結構表面緊密排列。該奈米碳管結構中大多數奈米碳管基本沿線狀軸心的延伸方向延伸。具體地，該 奈米碳管結構中大多數奈米碳管均首尾相連地沿著線狀軸心的長度方向螺旋狀延伸，該大多數奈米碳管中每一奈米碳管的延伸方向與所述奈米碳管結構的線狀軸心的延伸方向形成一定的交叉角α，0°<α≦90°。該奈米碳管結構中相鄰的奈米碳管之間通過凡得瓦力緊密相連。

請參見圖4，所述奈米碳管絮化膜包括相互纏繞的奈米碳管，該奈米碳管長度可大於10釐米。所述奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、纏繞，形成網路狀結構。所述奈米碳管絮化膜各向同性。所述奈米碳管絮化膜中的奈米碳管為均勻分佈，無規則排列，形成大量的微孔結構。可以理解，所述奈米碳管絮化膜的長度、寬度和厚度不限，可根據實際需要選擇，厚度可為1微米~100微米。所述奈米碳管絮化膜及其製備方法請參見2008年11月16日公開的，公開號為TW200844041的中華民國發明專利申請公開說明書。

可以理解，通過將至少一奈米碳管絮化膜沿該奈米碳管結構的線狀軸心緊密環繞形成所述具有空心管狀結構的奈米碳管結構時，該奈米碳管結構中複數個奈米碳管相互吸引、纏繞形成網格狀結構，並於該奈米碳管結構的線狀軸心緊密排列。該奈米碳管結構中複數個奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。該奈米碳管結構中相鄰的奈米碳管之間通過凡得瓦力緊密相連。

所述奈米碳管線可為一非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。

所述非扭轉的奈米碳管線包括大多數沿該非扭轉的奈米碳管線軸向方向排列的奈米碳管。非扭轉的奈米碳管線可通過將一奈米碳管拉膜經過有機溶劑處理得到。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米-1毫米。具體地，可將揮發性有機溶劑浸潤所述奈米碳管拉膜的整個表面，於揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管拉膜中的相互平行的複數個奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管拉膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該揮發性有機溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。通過揮發性有機溶劑處理的非扭轉奈米碳管線與未經揮發性有機溶劑處理的奈米碳管拉膜相比，比表面積減小，黏性降低。

所述非扭轉的奈米碳管線及其製備方法請參見范守善等人於2002年11月5日申請的，2008年11月21日公告的，公告號為TW I303239的中華民國專利。

可以理解，通過將至少一非扭轉的奈米碳管線沿該奈米碳管結構的線狀軸心緊密環繞形成所述具有空心管狀結構的奈米碳管結構時，該奈米碳管結構中大多數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連並於該奈米碳管結構的線狀軸心的延伸方向環繞該線狀軸心螺旋狀緊密排列，相鄰的奈米碳管之間通過凡得瓦力緊密相連。該奈米碳管結構中大多數奈米碳管基本沿線狀軸心的延伸方向延伸。具體地，該奈米碳管結構中大多數奈米碳管均首尾相連地沿著線狀軸心的長度方向螺旋狀延伸。該奈米碳管結構中的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與於 延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。該大多數奈米碳管中每一奈米碳管基本沿所述奈米碳管結構的線狀軸心螺旋狀緊密排列。該大多數奈米碳管中每一奈米碳管的延伸方向與所述奈米碳管結構的線狀軸心的延伸方向形成一定的交叉角α，0°<α≦90°。

所述扭轉的奈米碳管線包括大多數繞該扭轉的奈米碳管線軸向螺旋排列的奈米碳管。該奈米碳管線可採用一機械力將所述奈米碳管拉膜兩端沿相反方向扭轉獲得。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。於揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。

所述扭轉的奈米碳管線及其製備方法請參見范守善等人於2005年12月16日申請的，2009年7月21日公告的，公告號為TW I312337的中華民國專利。

可以理解，通過將至少一扭轉的奈米碳管線沿該奈米碳管結構的線狀軸心緊密環繞形成所述具有空心管狀結構的奈米碳管結構時，該奈米碳管結構中大多數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連並於該奈米碳管結構的線狀軸心的延伸方向環繞該線狀軸心螺旋狀緊密排列，相鄰的奈米碳管之間相互扭轉纏繞並通過凡得瓦力緊密結合。

請參照圖5，本發明實施例提供一種奈米碳管結構。該奈米 碳管結構係由複數個奈米碳管組成的一個管狀結構。該奈米碳管結構具有一中空的線狀軸心。該線狀軸心整體係空心的，係虛擬的。該奈米碳管結構中大多數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連並於該奈米碳管結構線狀軸心的延伸方向環繞該線狀軸心螺旋狀緊密排列，相鄰的奈米碳管之間通過凡得瓦力緊密相連。該奈米碳管結構中大多數奈米碳管基本沿線狀軸心的延伸方向延伸。具體地，該奈米碳管結構中大多數奈米碳管均首尾相連地沿著線狀軸心的長度方向螺旋狀延伸。該奈米碳管結構中的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與於延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。該大多數奈米碳管中每一奈米碳管的延伸方向與所述奈米碳管結構的線狀軸心的延伸方向形成一定的交叉角α，0°<α≦90°。

所述奈米碳管結構係由奈米碳管膜沿該奈米碳管結構的長軸方向環繞製備形成的一個管狀結構。可以理解，該奈米碳管結構內徑和外徑的大小可以根據實際需求製備，本實施例中，該奈米碳管結構的內徑約為25微米，外徑約為50微米。

本實施例中的奈米碳管膜為一奈米碳管拉膜，該奈米碳管拉膜為從一奈米碳管陣列中直接拉取獲得。通過從六個生長於基底的奈米碳管陣列中拉取獲得六個奈米碳管拉膜，並直接將該六個奈米碳管拉膜沿所述奈米碳管結構的線狀軸心螺旋地環繞形成所述具有管狀結構的奈米碳管結構。可以理解，由於奈米碳管拉膜係從一奈米碳管陣列中直接拉取獲得，其本身具有一定的黏性，當所述的奈米碳管拉膜沿該奈米碳管 結構的線狀軸心螺旋狀環繞於一起時，相互層疊的奈米碳管拉膜會通過凡得瓦力的吸引而緊密地結合於一起，從而形成所述奈米碳管結構。

請參閱圖6，本發明實施例還提供一種所述奈米碳管結構的製備方法。該奈米碳管結構的製備方法主要包括以下幾個步驟：(S101)提供一線狀支撐體，和至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線；(S102)將所述至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線纏繞於所述線狀支撐體表面；(S103)移除所述線狀支撐體，形成一奈米碳管結構。

步驟S101，提供一線狀支撐體，和至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線。

請參閱圖7及圖8，首先，提供一奈米碳管結構的製備裝置100，該製備裝置100包括一供給單元20，一包覆單元30以及一收集單元40。

所述供給單元20用於向包覆單元30供給一線狀支撐體。該供給單元20包括一線軸24、一支撐座22以及一導向軸28。所述導向軸28一端固定於所述支撐座22，另一端懸空設置。所述線軸24套設於所述導向軸28，並可以圍繞該導向軸28自由旋轉。提供一線狀支撐體，將該線狀支撐體纏繞於所述線軸24。

所述包覆單元30用於提供所述奈米碳管膜或奈米碳管線，並將該奈米碳管膜或奈米碳管線纏繞於所述線狀支撐體。該包 覆單元30包括：一驅動機構32，一通過該驅動機構32驅動的空心旋轉軸34以及一固定於該空心旋轉軸34一端的花盤38。所述驅動機構32包括一第一電機322，一設置於該第一電機322旋轉軸的第一帶輪324，一第二帶輪328以及一設置於所述第一帶輪324以及所述第二帶輪328間的齒型帶326。所述空心旋轉軸34通過一軸承342設置於一支撐結構36，其中，所述空心旋轉軸34的一端套設於第二帶輪328，另一端固定有所述花盤38。所述空心旋轉軸34為一空心的管狀結構，可以使所述線狀支撐體從其空心的管狀結構穿過並纏繞於所述收集單元40。所述花盤38可以採用三棱臺、四棱臺、五棱臺等棱臺，可以理解，根據所採用棱臺的幾何形狀的不同，所述花盤38具有複數個支撐面，該支撐面即為所述棱臺的側面，該複數個支撐面朝向所述收集單元40。各個支撐面用於承載超順排奈米碳管陣列。於本實施例中，所述花盤38採用具有六個支撐面的六棱臺。

所述收集單元40用於收集具有線狀支撐體的奈米碳管結構。該收集單元40包括一第二電機42，以及一設置於該第二電機42旋轉軸的奈米碳管結構收集器44。該奈米碳管結構收集器44於所述第二電機42的帶動下可以旋轉運動。

所述供給單元20設置於第二帶輪328一側，所述收集單元40設置於所述花盤38一側。

可以理解，通過控制所述第一電機322運轉可以帶動所述第一帶輪324旋轉，該第一帶輪324的旋轉可以通過所述齒型帶 326帶動所述第二帶輪328旋轉。由於所述空心旋轉軸34套設於所述第二帶輪328，所以，所述空心旋轉軸34於所述驅動機構32的驅動下可以繞其中心軸旋轉。此外，由於所述花盤38固定於所述空心旋轉軸34，所以，該花盤38亦可以繞所述空心旋轉軸34的中心軸旋轉。該花盤38的旋轉速度由第一電機322的運轉速度來控制。

其次，從所述供給單元20中的線軸24拉取獲得一線狀支撐體。所述線狀支撐體主要起支撐奈米碳管膜或奈米碳管線的作用，其本身具有一定的穩定性及機械強度，但可以通過化學方法、物理方法或機械方法移除。該線狀支撐體的材料可以選用金屬、合金及塑膠等材料。可以理解，該線狀支撐體可以選用不同的直徑。本實施例中選用直徑為25微米的鋁線作為該線狀支撐體。

從所述供給單元20中拉取一線狀支撐體後，將所述線狀支撐體穿過所述空心旋轉軸34的中心軸並纏繞到奈米碳管結構收集器44。可以理解，將所述線狀支撐體穿過所述空心旋轉軸34的中心軸並纏繞到奈米碳管結構收集器44後，可以通過所述第二電機42帶動所述奈米碳管結構收集器44旋轉，使所述線狀支撐體沿所述空心旋轉軸34的中心軸延伸方向延伸並纏繞於所述奈米碳管結構收集器44。

進一步地，可以通過一定位單元50來調整線狀支撐體與其他單元的位置關係，使所述線狀支撐體始終位於所述空心旋轉軸34的中心軸及其延長線上做直線運動。具體地，可以於所 述線軸24與所述第二帶輪328之間以及於所述花盤38與所述奈米碳管結構收集器44之間分別設置一定位單元50，該定位單元50包括一定位孔，可以使線狀支撐體從所述定位單元50的定位孔穿過，並使所述線狀支撐體始終保持於所述空心旋轉軸34的中心軸及其延長線上。該步驟為可選步驟。

最後，提供至少一奈米碳管陣列，從所述至少一奈米碳管陣列中製備出至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線，本實施例為從奈米碳管陣列中拉出一奈米碳管拉膜，具體包括以下步驟：請參見圖2，提供至少一奈米碳管陣列12。所述奈米碳管陣列12形成於一基底10。本實施例中，提供六個形成於基底10的奈米碳管陣列12。所述奈米碳管陣列12由複數個奈米碳管組成，該奈米碳管為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或複數種。本實施例中，該複數個奈米碳管為多壁奈米碳管，且該複數個奈米碳管基本上相互平行且垂直於所述基底10，該奈米碳管陣列不含雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。所述奈米碳管陣列12的製備方法不限，可參見中華民國專利公告第I303239號。優選地，該奈米碳管陣列12為超順排奈米碳管陣列。

將所述的至少一奈米碳管陣列12設置於所述花盤38的支撐面上。該至少一奈米碳管陣列12就可以隨所述花盤38繞空心旋轉軸34的中心軸旋轉。具體地，可以通過一黏合劑或一固定裝置將所述形成有奈米碳管陣列12的基底10固定於所述花盤 38的一個支撐面上。本實施例中，將六個形成有奈米碳管陣列12的基底10通過固定裝置分別固定於所述花盤38的六個支撐面。

將所述的至少一奈米碳管陣列12設置於所述花盤38的支撐面後，進一步包括：從所述的至少一奈米碳管陣列20中拉取複數個奈米碳管，獲得一個奈米碳管拉膜14，並將該奈米碳管拉膜14的一端固定於所述線狀支撐體表面。本實施例優選為採用具有一定寬度的膠帶、鑷子或夾子接觸奈米碳管陣列12以選定一具有一定寬度的複數個奈米碳管；以一定速度拉伸該選定的奈米碳管，該拉取方向沿基本垂直於奈米碳管陣列的生長方向。從而形成首尾相連的複數個奈米碳管片段，進而形成一連續的奈米碳管拉膜14；並將該至少一奈米碳管拉膜14的一端固定於所述花盤38與所述奈米碳管結構收集器44之間的線狀支撐體表面。於上述拉伸過程中，該複數個奈米碳管片段於拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底10的同時，由於凡得瓦力作用，該選定的複數個奈米碳管片段分別與其他奈米碳管片段首尾相連地連續地被拉出，從而形成一連續、均勻且具有一定寬度的奈米碳管拉膜14。該奈米碳管拉膜14的寬度與奈米碳管陣列所生長的基底的尺寸有關，該奈米碳管拉膜14的長度不限，可根據實際需求制得。當該奈米碳管陣列的面積為4英寸時，該奈米碳管拉膜14的寬度為0.5奈米~10釐米，該奈米碳管拉膜14的厚度為0.5奈米~100微米。可以理解，當該奈米碳管拉膜14的寬度很窄的情況下，可以 形成所述奈米碳管線。

步驟S102，將所述至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線纏繞於所述支撐體表面。

通過控制所述第一電機322運轉帶動所述空心旋轉軸34、花盤38以及奈米碳管陣列12沿所述空心旋轉軸34的中心軸以一定的轉速旋轉，並同時通過控制所述第二電機42運轉帶動所述奈米碳管結構收集器44旋轉，使所述線狀支撐體沿所述空心旋轉軸34的中心軸的延伸方向做直線運動並纏繞於所述奈米碳管結構收集器44。所述奈米碳管拉膜14就可以從所述奈米碳管陣列12中連續地拉出，並均勻地纏繞於所述線狀支撐體的表面。

具體地，當控制所述第一電機322運轉帶動所述第一帶輪324及第二帶輪328旋轉，可以進一步帶動所述空心旋轉軸34、花盤38以及奈米碳管陣列12沿所述空心旋轉軸34的中心軸以一定的轉速旋轉。由於從所述奈米碳管陣列12拉出的所述奈米碳管拉膜14的一端被固定於所述支撐體表面，因此，所述支撐體對所述奈米碳管拉膜14會產生一個沿該奈米碳管拉膜14延伸方向的拉力，從而使得奈米碳管拉膜14連續地被拉出。另外，由於所述花盤38帶動所述奈米碳管陣列旋轉，使得該奈米碳管拉膜14於連續被拉出的同時旋轉纏繞於所述支撐體表面。當以一定轉速旋轉所述奈米碳管陣列12並以一定速率牽引所述支撐體使其做勻速直線運動時，可以使所述奈米碳管拉膜14從所述奈米碳管陣列12中拉出並均勻地纏繞於所 述支撐體表面。進一步地，當所述奈米碳管拉膜14從所述奈米碳管陣列12中拉出並均勻地纏繞於所述支撐體表面後，由於所述第二電機42運轉帶動所述奈米碳管結構收集器44旋轉，可以使所述纏繞有奈米碳管拉膜14的支撐體纏繞於所述奈米碳管結構收集器44，並通過所述奈米碳管結構收集器44收集。

可以理解，可以通過所述第一電機322控制所述空心旋轉軸34及所述奈米碳管陣列12的轉速，並同時通過所述第二電機42控制所述線狀支撐體的做勻速直線運動的速率來控制纏繞於該線狀支撐體表面的奈米碳管結構的厚度。此外，由於奈米碳管拉膜14本身具有一定的黏性，當奈米碳管拉膜14纏繞於所述線狀支撐體表面時，相互層疊的奈米碳管拉膜14會通過凡得瓦力的吸引而緊密地結合於一起。

可以理解，將所述纏繞有奈米碳管拉膜14的線狀支撐體通過所述奈米碳管結構收集器44收集後，可進一步包括：將所述纏繞有奈米碳管拉膜14的線狀支撐體纏繞於所述線軸24表面，重復上述步驟并通過控制所述第一電機322的轉動方向使所述空心旋轉軸34以及花盤38沿另一方向旋轉，使另一奈米碳管拉膜14沿反方向纏繞於所述線狀支撐體的奈米碳管拉膜14的表面。可以理解，通過將奈米碳管拉膜14沿不同方向旋轉層疊纏繞於所述支撐體表面，可以獲得交叉的奈米碳管拉膜14纏繞於所述線狀支撐體的表面。可以理解，該步驟為可選步驟。

將所述纏繞有奈米碳管拉膜14的線狀支撐體通過所述奈米碳管結構收集器44收集後，可進一步包括：使用一有機溶劑處理該纏繞於所述線狀支撐體的奈米碳管拉膜14，從而使奈米碳管拉膜14之間緊密結合並降低奈米碳管拉膜14表面的黏性。該有機溶劑與該奈米碳管具有較好的濕潤性。該有機溶劑為常溫下易揮發的有機溶劑，可選用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一種或者幾種的混合。本實施例中的有機溶劑採用乙醇。該使用有機溶劑處理的步驟具體為：將有機溶劑均勻滴灑於奈米碳管拉膜14的表面上並浸潤整個奈米碳管拉膜14，或者，亦可將上述纏繞有奈米碳管拉膜14的線狀支撐體浸入盛有有機溶劑的容器中浸潤。

步驟S103，移除所述線狀支撐體，形成一奈米碳管結構。

使用化學方法、物理方法或機械方法將所述的線狀支撐體移除。當採用活潑的金屬材料及其合金作該線狀支撐體時，如鐵或鋁及其合金，可以使用一酸性溶液與該活潑的金屬材料反應，並將該線狀支撐體移除；當採用不活潑的金屬材料及其合金作該線狀支撐體時，如金或銀及其合金，可以使用加熱蒸發的方法，移除所述線狀支撐體；當採用高分子材料作線狀支撐體時，可以使用一拉伸裝置沿所述線狀支撐體的中心軸方向拉出所述線狀支撐體。本實施例採用濃度為0.5mol/L的鹽酸溶液腐蝕纏繞有奈米碳管拉膜14的鋁線，將該鋁線移除。可以理解，根據線狀支撐體直徑的不同可以得到不同內徑的奈米碳管結構。

另外，本發明實施例的奈米碳管結構亦不限於使用上述裝置來製備，亦可以通過將複數個奈米碳管膜或奈米碳管線分別依次纏繞於一線狀支撐體表面；或者通過將複數個奈米碳管膜層疊，然後直接纏繞於一線狀支撐體製備得到。另外，所述奈米碳管結構的製備方法亦可以通過：首先，提供一線狀支撐體，該線狀支撐體於一控制裝置的控制下既能夠繞其中心軸旋轉又能夠沿其中心軸延伸方向做直線運動；其次，提供至少一奈米碳管陣列，將所述奈米碳管陣列固定並從所述奈米碳管陣列中拉取獲得至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線，並將所述奈米碳管膜或奈米碳管線的一端固定於所述線狀支撐體；然後使該線狀支撐體繞其中心軸旋轉的同時沿其中心軸延伸方向做直線運動，即可得到一表面纏繞有奈米碳管膜或奈米碳管線的線狀支撐體；最後，使用化學方法、物理方法或機械方法將所述的線狀支撐體移除，得到一具有管狀結構的奈米碳管結構。該奈米碳管膜可以係奈米碳管拉膜、奈米碳管碾壓膜或奈米碳管絮化膜，該奈米碳管線可以係非扭轉或扭轉的奈米碳管線。可以理解，根據膜和線的種類的不同，可以獲得不同排列結構的奈米碳管結構；此外，該奈米碳管結構的厚度亦可以通過控制奈米碳管膜或奈米碳管線的層數來控制。

本發明實施例所提供的奈米碳管結構的製備方法具有以下優點。本發明通過將至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線直接纏繞於一線狀支撐體結構表面，最後移除該線狀支撐體， 得到一奈米碳管結構。該方法可用於簡單、快速地製備宏觀的具有管狀結構的奈米碳管結構。本實施例所提供的奈米碳管結構係一個空心的管狀結構，由於由複數個奈米碳管組成，所以具有質量輕、熱容小、強度高以及耐彎折等特性，能方便地應用於複數個宏觀領域。

另外，當所述奈米碳管膜或奈米碳管線係從一奈米碳管陣列中直接拉取獲得時，該奈米碳管膜或奈米碳管線純淨度高，並且可以通過化學、物理或機械方法完全移除所述線狀支撐體，因此可以製備出純度很高的奈米碳管結構。最後，由於所述奈米碳管膜或奈米碳管線本身具有一定的黏性，經過纏繞排列，相互層疊的奈米碳管膜或奈米碳管線之間會通過凡得瓦力相互吸引，從而形成一個具有穩定結構的奈米碳管結構。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

Claims (8)

1. 一種奈米碳管結構的製備方法，包括：提供一線狀支撐體，和至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線；將所述至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線纏繞於所述線狀支撐體表面；以及移除所述線狀支撐體，形成一奈米碳管結構，其改良於於，於所述提供一線狀支撐體和至少一奈米碳管膜或至少一碳奈米線的步驟中，提供一製備裝置，該製備裝置包括：一供給單元、一包覆單元以及一收集單元，所述包覆單元包括一驅動機構，一通過該驅動機構驅動的具有空心管狀結構的空心旋轉軸以及一固定於該空心旋轉軸一端並具有複數個支撐面的花盤，其中，該供給單元用於向所述包覆單元提供所述線狀支撐體，所述包覆單元用於提供所述奈米碳管膜或奈米碳管線並將該奈米碳管膜或奈米碳管線固定於所述線狀支撐體，所述收集單元用於收集具有線狀支撐體的奈米碳管結構。
2. 如請求項第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，該線狀支撐體的材料選自金屬、合金及塑膠。
3. 如請求項第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，該奈米碳管膜或奈米碳管線係從奈米碳管陣列中直接拉取獲得。
4. 如請求項第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，將 所述至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線纏繞於所述線狀支撐體表面的方法為：將所述至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線螺旋狀纏繞於所述線狀支撐體表面。
5. 如請求項第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，由所述供給單元提供一線狀支撐體，使該線狀支撐體穿過所述空心旋轉軸的空心管狀結構並纏繞於所述收集單元；以及將至少一奈米碳管陣列設置於所述花盤的支撐面，從所述奈米碳管陣列中拉取獲得至少一所述奈米碳管膜或奈米碳管線，並將該奈米碳管膜或奈米碳管線的一端固定於該線狀支撐體。
6. 如請求項第5項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，所述將至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線纏繞於所述線狀支撐體表面的步驟中，控制所述驅動機構驅動所述花盤沿該空心旋轉軸的中心軸以一定轉速旋轉，同時控制所述收集單元使所述線狀支撐體沿所述空心旋轉軸的中心軸方向做直線運動，從所述至少一奈米碳管陣列拉伸出所述奈米碳管膜或奈米碳管線，並將該奈米碳管膜或奈米碳管線纏繞於所述線狀支撐體。
7. 如請求項第1項所述的奈米碳管結構的製備方法，其中，將所述至少一奈米碳管膜或至少一奈米碳管線纏繞於所述線狀支撐體表面後，進一步包括使用有機溶劑處理該纏繞於線狀支撐體表面的奈米碳管膜或奈米碳管線，使奈米碳管膜或奈米碳管線中的奈米碳管之間緊密結合。
8. 如請求項第7項述的奈米碳管結構的製備方法，其中，該有 機溶劑選自乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿。