CN105439113A - 碳纳米管膜的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：提供多个碳纳米管阵列间隔排列在同一直线上；将所述多个碳纳米管阵列处理成多个图形化碳纳米管阵列；从多个图形化碳纳米管阵列中拉取一碳纳米管膜，并将该碳纳米管膜搭接在前一图形化碳纳米管阵列上；从最前面的图形化碳纳米管阵列持续拉伸获得一碳纳米管膜碳纳米管膜。本发明还提供了一种碳纳米管结构预制体。

Description

碳纳米管膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管膜的制备方法。

背景技术

碳纳米管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。碳纳米管应用领域非常广阔，例如，它可用于制作场效应晶体管、原子力显微镜针尖、场发射电子枪、纳米模板等等。

范守善等人在Nature,2002,419:801,SpinningContinuousCNTYarns一文中揭露了一种从超顺排碳纳米管阵列中拉出的纯碳纳米管纱，这种碳纳米管纱包括多个在范德华力作用下首尾相接的碳纳米管片段，每个碳纳米管片段具有大致相等的长度，且每个碳纳米管片段由多个相互平行的碳纳米管构成，一般的，这种碳纳米管纱的直径在0.5~100微米左右，经过有机溶剂处理后这种碳纳米管纱可以方便的用于宏观领域。上述碳纳米管纱在径向上具有良好的导电及导热性能，并且具有优异的韧性和机械强度，被认为是一种具有取代碳纤维、石墨纤维及玻璃纤维潜力的新型材料，可以广泛的应用于电磁屏蔽电缆、印刷电路板及特种防护服装的纺织等领域。

然而，目前碳纳米管纱的制备长度受到碳纳米管阵列大小的限制，从现有的4英寸的硅片上生长的高度为200微米的碳纳米管阵列中，所拉出的碳纳米管纱的长度有限，使这种碳纳米管纱在宏观上的应用受到限制。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种连续的碳纳米管膜的制备方法。

一种碳纳米管结构预制体，包括：N个图形化碳纳米管阵列，N大于等于2，该N个图形化碳纳米管阵列设置在同一平面且沿一X方向间隔排列，每个图形化碳纳米管阵列包括一基底以及多个碳纳米管基本平行且垂直于所述基底的表面，每个图形化碳纳米管阵列中的多个碳纳米管排列成一预设图形，该图形包括一矩形、一第一三角形和一第二三角形，该矩形包括相对的一第一侧边和一第二侧边，所述第一三角形和第二三角形分别位于所述矩形的第一侧边和第二侧边，所述第一三角形的底边与所述矩形共用第一侧边，所述第二三角形的底边与所述矩形共用第二侧边，所述第一三角形和第二三角形可相互配合拼接成一平行四边形，每个图形化碳纳米管阵列中的矩形的第一侧边和第二侧边垂直于所述X方向，每个图形化碳纳米管阵列中的所述第一三角形和第二三角形在X方向的高度相等；以及N-1个碳纳米管膜预制体，每个碳纳米管膜预制体位于相邻的两个图形化碳纳米管阵列之间，每个碳纳米管膜预制体为从所述第N-1个图形化碳纳米管阵列的第一三角形的顶角直接拉伸出，每个碳纳米管膜预制体具有相对的第一端和第二端，该第二端与第N-1个图形化碳纳米管阵列的第一三角形的顶角相连，该第一端与第N个图形化碳纳米管阵列的第二三角形的底边相连。

一种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：提供一种所述碳纳米管结构预制体；以及从所述第N个图形化碳纳米管阵列的第一三角形的顶角持续拉伸获得一碳纳米管膜，所述拉伸的方向为沿着X方向。

一种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：提供两个碳纳米管阵列，该两个碳纳米管阵列设置在同一平面且沿一X方向间隔排列；将所述两个碳纳米管阵列进行图形化处理，形成两个图形化碳纳米管阵列，并依次命名为第一图形化碳纳米管阵列、第二图形化碳纳米管阵列，每个图形化碳纳米管阵列中的多个碳纳米管排列成一预设图形，该图形包括一矩形、一第一三角形和一第二三角形，该矩形包括相对的一第一侧边和一第二侧边，所述第一三角形和第二三角形分别位于所述矩形的第一侧边和第二侧边，所述第一三角形的底边与所述矩形共用第一侧边，所述第二三角形的底边与所述矩形共用第二侧边，所述第一三角形和第二三角形可相互配合拼接成一平行四边形，每个图形化碳纳米管阵列中的矩形的第一侧边和第二侧边垂直于所述X方向，每个图形化碳纳米管阵列中的所述第一三角形和第二三角形在X方向的高度相等；从第一图形化碳纳米管阵列的第一三角形的顶角拉取获得一碳纳米管膜，直至第一图形化碳纳米管阵列中第二三角形的底边的碳纳米管被拉取；从第二图形化碳纳米管阵列的第一三角形的顶角拉伸获得一碳纳米管膜预制体，并将该碳纳米管膜预制体搭接在第一图形化碳纳米管阵列中第二三角形的底边；继续拉伸所述碳纳米管膜，所述拉伸的方向始终沿着所述X方向。

与现有技术相比，本发明所提供的碳纳米管膜的制备方法中，将多个图形化的碳纳米管阵列相互搭接，实现碳纳米管膜的连续制备；调整图形化的碳纳米管阵列的形状，在碳纳米管膜的连续制备过程中确保碳纳米管数量的不变，提高了碳纳米管膜的力学性能。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的碳纳米管膜的制备方法的工艺流程图。

图2为本发明第一实施例提供的碳纳米管阵列的剖面结构示意图。

图3为本发明第一实施例提供的图形化的碳纳米管阵列的图案。

图4为本发明第一实施例提供的图形化的碳纳米管阵列的另一图案。

图5为本发明第一实施例提供的图形化的碳纳米管阵列的另一图案。

图6为本发明第一实施例提供的图形化的碳纳米管阵列的另一图案。

图7为本发明第一实施例提供的第二碳纳米管膜预制体没有搭接在第一图形化碳纳米管阵列上的结构示意图。

图8为本发明第一实施例提供的利用有机溶剂处理碳纳米管膜的结构示意图。

图9为本发明第一实施例提供的采用机械扭转的方法处理碳纳米管膜的结构示意图。

图10为本发明第二实施例提供的图形化的碳纳米管阵列的图案。

图11为本发明第三实施例提供的碳纳米管结构预制体的结构示意图。

图12为本发明第四实施例提供的碳纳米管结构预制体的结构示意图。

主要元件符号说明

第一图形化碳纳米管阵列	10
		生长基底	12
碳纳米管阵列	14
		第一端点	102
第二端点	104
		第三端点	105
矩形	106
		第一侧边	1060
第二侧边	1062
		第一三角形	108
第三边	1080
		第四边	1082
第二三角形	110
		第五边	1100
第六边	1102
		第二图形化碳纳米管阵列	20
第二碳纳米管膜预制体	22
		第一端	222
第二端	224
		第三图形化碳纳米管阵列	30
第三碳纳米管膜预制体	32
		第N图形化碳纳米管阵列	40
拉伸工具	50
		碳纳米管膜	100
碳纳米管线	200
		第一容器	60
流道	62
		通孔	64
有机溶剂	70
		第二容器	80

电机	90
		线轴	92
碳纳米管结构预制体	300, 400

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的碳纳米管膜的制备方法作进一步的详细说明。

请一并参见图1至图3，本发明第一实施例提供一种碳纳米管膜100的制备方法，包括以下步骤：

S10，提供多个碳纳米管阵列14，该多个碳纳米管阵列14沿一水平方向间隔排列，该水平方向定义为X方向；

S20，将所述多个碳纳米管阵列14进行图形化处理，形成多个图形化的碳纳米管阵列，并依次命名为第一图形化碳纳米管阵列10、第二图形化碳纳米管阵列20，直至第N图形化碳纳米管阵列40，每个图形化碳纳米管阵列具有相对的第一端点102和第二端点104，每个图形化碳纳米管阵列的第一端点102与相邻图形化碳纳米管阵列的第二端点104相邻，所述N大于等于2；

S30，从第二图形化碳纳米管阵列20的第一端点102拉伸获得一第二碳纳米管膜预制体22，并将该第二碳纳米管膜预制体22搭接在第一图形化碳纳米管阵列10的第二端点104；

S40，从第三图形化碳纳米管阵列30的第一端点102拉伸获得一第三碳纳米管膜预制体32，并将该第三碳纳米管膜预制体32搭接在第二图形化碳纳米管阵列20的第二端点104；

S50，重复步骤S30或S40，直至完成第二图形化碳纳米管阵列20至第N图形化碳纳米管阵列40中所有图形化碳纳米管阵列的拉伸和搭接；

S60，从第一图形化碳纳米管阵列10的第一端点102持续拉伸获得一碳纳米管膜100，所述拉伸的方向为沿着所述X方向；

S70，利用有机溶剂70或机械扭转处理所述碳纳米管膜碳100，形成一碳纳米管线200。

步骤S10中，请参见图2，所述碳纳米管阵列14优选为超顺排碳纳米管阵列14，该超顺排碳纳米管阵列14的制备方法采用化学气相沉积法，其具体包括以下步骤：（a）提供一平整生长基底12，该生长基底12可选用P型或N型硅生长基底12，或选用形成有氧化层的硅生长基底12，本发明实施例优选为采用4英寸的硅生长基底12；（b）在生长基底12表面均匀形成一催化剂层，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；（c）将上述形成有催化剂层的生长基底12在700℃~900℃的空气中退火约30分钟~90分钟；（d）将处理过的生长基底12置于一反应炉中，在保护气体环境下加热到500℃~740℃，然后通入碳源气体反应约5分钟~30分钟，生长得到碳纳米管阵列14。该碳纳米管阵列14为多个彼此平行且垂直于生长基底12生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列14。通过上述控制生长条件，该碳纳米管阵列14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。本实施例中碳源气可选用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。所述多个碳纳米管阵列14间隔排列在同一平面内。

步骤S20中，请参见图3，每个图形化碳纳米管阵列中的多个碳纳米管排列成一预设图形，该图形包括一矩形106、一第一三角形108和一第二三角形110，该第一三角形108和第二三角形110分别位于所述矩形106相对的两侧，并且与所述矩形106均共用一条边。具体地，所述矩形106具有相对的第一侧边1060和第二侧边1062，且该第一侧边1060和第二侧边1062垂直于所述拉伸方向。每个图形化碳纳米管阵列中，所述第一端点102为第一三角形108的顶点，该顶点由一第三边1080和与该第三边1080相邻的第四边1082的公共端点形成，所述第三边1080和第四边1082以及矩形106的第一侧边1060形成所述第一三角形108。所述第二端点104为第二三角形110的顶点，该顶点由一第五边1100和与该第五边1100相邻的第六边1102的公共端点形成，所述第五边1100和第六边1102以及矩形106的第二侧边1062形成所述第二三角形110。优选地，所述多个图形化碳纳米管阵列具有相同的结构及尺寸，即所述多个图形化碳纳米管阵列中，由多个碳纳米管排列形成的预设图形完全相同。

可以理解，所述矩形106与第一三角形108及第二三角形110的连接是无缝隙或无间隔的，所述矩形106的第一侧边1060和第二侧边1062实际并不存在，只是为了更清楚地描述所述图形化碳纳米管阵列的图案。

所述第一三角形108和第二三角形110具有相同的高度，即所述第一端点102到所述第一侧边1060的距离等于第二端点104到第二侧边1062的距离。优选地，所述第一三角形108和第二三角形110具有相同的尺寸。可以理解，若定义所述第一侧边1060和第二侧边1062分别为所述第一三角形108和第二三角形110的底边，则每个图形化碳纳米管阵列中的所述第一三角形108和第二三角形110在X方向的高度相等。

所述第一三角形108和第二三角形110可相互配合形成一平行四边形，所述第一三角形108和第二三角形110可包括以下几种形状。

（1）请参见图3，第一三角形108和第二三角形110均为锐角三角形。所述第一三角形108的第三边1080平行于第二三角形110的第六边1102，同时所述第一三角形108的第四边1082平行于第二三角形110的第五边1100。优选地，所述第一三角形108和第二三角形110均为等腰三角形，更优选地，所述第一三角形108和第二三角形110均为等边三角形。

（2）请参见图4，第一三角形108和第二三角形110均为钝角三角形。所述第一三角形108的第三边1080平行于第二三角形110的第六边1102，同时所述第一三角形108的第四边1082平行于第二三角形110的第五边1100。并且，在第一三角形108中，与第一侧边1060相对的角，即由第三边和第四边形成的角为钝角；在第二三角形110中，与第二侧边1062相对的角，即由第五边和第六边形成的角为钝角。

（3）请参见图5和图6，所述第一三角形108和第二三角形110均为直角三角形。图5中，所述矩形106的第一侧边1060和第二侧边1062分别为第一三角形108和第二三角形110的斜边，优选地，所述第一三角形108和第二三角形110均为等腰直角三角形。图6中，所述矩形106的第一侧边1060和第二侧边1062分别为第一三角形108和第二三角形110的直角边，并且，所述第一端点102和第二端点104的连线平行于所述X方向。

对所述多个碳纳米管阵列14图形化处理的方法不限。本实施例中，采用一激光束照射所述多个碳纳米管阵列14的表面并在每一碳纳米管阵列14中形成上述图案，其具体步骤为：

首先，提供一可由电脑程序控制的激光器，该激光器的激光束的照射路径可通过电脑程序控制。

其次确定好碳纳米管阵列14所需要的图样，输入电脑程序中，使激光器中的激光束沿可形成该图样的路径照射。

最后，开启激光器，使一定功率的激光束以一定的速度从正面直接照射所述多个碳纳米管阵列14的表面。经激光照射后，处于激光照射路径处的碳纳米管阵列14被激光刻蚀，在每一个碳纳米管阵列14的表面形成预定的图形。

本实施例中，激光器的激光束为YAG激光束，波长为1.06微米，激光束斑直径为20微米，功率为3.6瓦~12瓦，扫描速度为1毫米/秒~1000毫米/秒，优选为10毫米/秒~90毫米/秒。上述激光束功率密度和扫描速度，可在激光束照射碳纳米管阵列14的瞬间对碳纳米管阵列14进行图形化，不会对生长基底12造成伤害。

步骤S30中，采用一拉伸工具50从所述第二图形化碳纳米管阵列20中拉取碳纳米管获得第二碳纳米管膜预制体22，其具体包括以下步骤：（a）从所述第二图形化碳纳米管阵列20中选定一个或多个碳纳米管，优选为采用具有一定宽度的胶带、镊子或夹子接触第二图形化碳纳米管阵列20以选定一个或多个碳纳米管；（b）以一定速度拉伸该选定的碳纳米管，从而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成一连续的第二碳纳米管膜预制体22。该拉伸方向沿基本垂直于所述碳纳米管阵列14的生长方向。

在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离生长基底12的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片段分别与其它碳纳米管片段首尾相连地连续地被拉出，从而形成一连续、均匀且具有一定宽度的第二碳纳米管膜预制体22。

由于第二碳纳米管膜预制体22非常纯净，且比表面积小，表面光滑，很容易通过范德华力与其他物体紧密结合，因此，所述第二碳纳米管膜预制体22本身具有一定的粘性，可以不使用胶粘剂而直接搭接在第一图形化碳纳米管阵列10的第二端点104。当然，所述第二碳纳米管膜预制体22也可以通过胶粘剂粘在第一图形化碳纳米管阵列10的第二端点104。本实施例中，所述第二碳纳米管膜预制体22直接与第一图形化碳纳米管阵列10第二端点104处的碳纳米管粘结。

进一步，所述第二碳纳米管膜预制体22可以搭接在第一图形化碳纳米管阵列10中矩形106图案的第二侧边1062，优选地，所述第二碳纳米管膜预制体22搭接在第一图形化碳纳米管阵列10中矩形106图案的第二侧边1062的中点处。具体的，第二碳纳米管膜预制体22具有相对的第一端222和第二端224，该第一端222与第二图形化碳纳米管阵列20的第一端点102相连，该第二端224与第一图形化碳纳米管阵列10的第二三角形110的第二侧边1062相连。

步骤S40、步骤S50和步骤S30的具体过程相同。

步骤S60，采用所述拉伸工具50从第一图形化碳纳米管阵列10中选定一个或多个碳纳米管，优选为采用具有一定宽度的胶带、镊子或夹子接触第一图形化碳纳米管阵列10以选定一个或多个碳纳米管。然后，以一定速度拉伸该选定的碳纳米管，从而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管膜。该拉伸方向沿基本垂直于所述碳纳米管阵列14的生长方向。

当第一图形化碳纳米管阵列10中的碳纳米管被逐渐拉取，直至拉取该第一图形化碳纳米管阵列10中矩形106第二侧边1062的碳纳米管或该第一图形化碳纳米管阵列10的第二端点104的碳纳米管时，由于所述第二碳纳米管膜预制体22搭接或粘附于所述第一图形化碳纳米管阵列10中矩形106第二侧边1062的碳纳米管或该第一图形化碳纳米管阵列10的第二端点104的碳纳米管，因此，第二图形化碳纳米管阵列20中的碳纳米管继续被拉取，如此，直至第N图形化碳纳米管阵列40中的碳纳米管被拉取。

在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离生长基底12的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片段分别与其它碳纳米管片段首尾相连地连续地被拉出，从而形成一连续、均匀且具有一定宽度的碳纳米管膜100。

所述碳纳米管膜100为一膜状或层状结构，该碳纳米管膜100包括多个首尾相连且沿拉伸方向延伸的碳纳米管。该碳纳米管均匀分布，且平行于碳纳米管膜100表面。所述碳纳米管之间通过范德华力连接，一方面，首尾相连的碳纳米管之间通过范德华力连接，另一方面，平行的碳纳米管之间部分亦通过范德华力结合。故，该碳纳米管膜100具有一定的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。

所述碳纳米管膜100的整个形成过程中，该碳纳米管膜100与拉伸方向垂直的截面中的碳纳米管数量始终保持不变。具体分析如下：

图7显示的是第二碳纳米管膜预制体22没有搭接在第一图形化碳纳米管阵列10上的结构示意图。所述第二碳纳米管膜预制体22或碳纳米管膜100的宽度及所含有的碳纳米管数量与碳纳米管阵列14的面积有关。在整个拉取的过程中，拉伸速度是恒定的，当第一图形化碳纳米管阵列10中碳纳米管被拉取至所述矩形106的第二侧边1062并且继续拉取时，所述碳纳米管膜100中碳纳米管数量会变少，因为碳纳米管阵列14的面积变小了。假如时间t内，第一图形化碳纳米管阵列10中矩形106的第二侧边1062的碳纳米管被拉取直至直线CD处的碳纳米管被拉取，那么，与之前相同时间t相比，碳纳米管数量减少的面积为三角形IAC和三角形BGD的面积总和。在相同时间t内，第二图形化碳纳米管阵列20第一端点102处的碳纳米管被拉取直至直线FG处的碳纳米管被拉取。

由于所述每个图形化碳纳米管阵列中第一三角形108和第二三角形110可相互配合形成一平行四边形，因此三角形EFG中角E的角度等于三角形IAC中角A的角度和三角形BGD中角B的角度之和。那么，在拉伸速度恒定不变，或者说拉取第一图形化碳纳米管的拉伸速度与拉取第二图形化碳纳米管阵列20的拉伸速度相同的情况下，三角形EFG的面积等于三角形IAC和三角形BGD的面积总和。

因此，当所述第二碳纳米管膜预制体22搭接或粘附于所述第一图形化碳纳米管阵列10中矩形106第二侧边1062的碳纳米管时，可以补偿碳纳米管膜100中减少的碳纳米管数量。以此类推，当第二图形化碳纳米管阵列20至第N图形化碳纳米管阵列40中所有拉取出的碳纳米管膜均搭接在前一图形化碳纳米管阵列中矩形106第二侧边1062时，所述碳纳米管膜100在整个拉取过程中均保持不变的碳纳米管数量。

步骤S70中，将拉出的碳纳米管膜100经过所述有机溶剂70浸润处理后收缩成为一碳纳米管线200，该碳纳米管线200为一非扭转的碳纳米管线200。其具体操作如下：请参见图8，在碳纳米管膜100的一侧斜上方放置一第一容器60，其用于盛装处理碳纳米管膜100的有机溶剂70。该有机溶剂70为挥发性有机溶剂70，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿，本实施例中采用乙醇。该第一容器60具有一流道62，该流道62有一通孔64，用于给碳纳米管膜100供给有机溶剂70。将所述碳纳米管膜100收拢并使其穿过所述通孔64，有机溶剂70从流道62流出，同时将碳纳米管膜100从流道62的通孔64连续拉伸出，使碳纳米管膜100在流道62的通孔64处被有机溶剂70浸润。当然，也可不用收拢碳纳米管膜100，直接用一个可使碳纳米管膜100穿过且可浸润该碳纳米管膜100的装置。在流道62的通孔64下方放置一第二容器80，用于盛装遗漏的有机溶剂70。将碳纳米管膜100经挥发性有机溶剂70浸润处理后，将该碳纳米管膜100拉过该通孔64时，在挥发性有机溶剂70表面张力的作用下，碳纳米管膜100收缩成直径为20~30微米的非扭转的碳纳米管线200。

所述非扭转的碳纳米管线200包括多个沿该非扭转的碳纳米管线200轴92向延伸的碳纳米管，即该碳纳米管的轴向与非扭转的碳纳米管线200的轴向基本平行。所述非扭转的碳纳米管线200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。该非扭转的碳纳米管线200表面体积比小，无粘性，且具有良好的机械强度及韧性，能方便地应用于宏观的多个领域。

请参见图9，采用机械扭转处理所述碳纳米管膜100成为一扭转的碳纳米管线200，其具体过程为：所述碳纳米管膜100仍在拉取阶段时，该碳纳米管膜100的一端通过范德华力与生长于生长基底12上的碳纳米管阵列14相连，另一端通过拉伸工具50夹持固定；固定生长基底12，转动所述拉伸工具50，该转动所在的面与所述碳纳米管膜100的长度方向垂直，可手动转动拉伸工具50，也可将拉伸工具50固定于旋转电机90上实现连续转动，从而将碳纳米管膜100扭转成为一扭转的碳纳米管线200。可以理解，在扭转的过程中，拉伸工具50仍需对碳纳米管膜100施加拉力，即拉伸工具50继续拉取碳纳米管膜100，使碳纳米管膜100中的碳纳米管在绷直的状态下发生扭转。进一步，可通过拉伸工具50施加拉力，使碳纳米管膜100继续从所述多个图形化碳纳米管阵列中不断被拉出。扭动拉伸工具50的扭力F满足0.00005牛<F<0.001牛。

可以理解，也可以将碳纳米管膜100脱离所述多个图形化碳纳米管阵列，即利用一支撑体支撑固定碳纳米管膜100的一端，该碳纳米管膜100的另一端仍通过拉伸工具50夹持固定或也通一支撑体固定，此时，给支撑体及拉伸工具50提供相反的力，使碳纳米管膜100扭转成为一扭转的碳纳米管线200。

所述扭转的碳纳米管线200包括多个绕扭转的碳纳米管线200轴92向螺旋排列的碳纳米管，即碳纳米管的轴向沿扭转的碳纳米管线200的轴向螺旋延伸。

进一步，可收集所制得的碳纳米管线200。本实施例中，采用电机90将该所述碳纳米管线200卷到线轴92上即可，如图8所示。当然也可采用手工将其卷到线轴92上，使其可方便地在宏观领域进一步应用。

由于碳纳米管膜100中碳纳米管的数量在整个拉伸过程中保持不变，因此，将所述碳纳米管膜100处理成碳纳米管线200时，该碳纳米管线200轴向上各处具有相同数量的碳纳米管，且该碳纳米管线200具有均匀的直径，提高了碳纳米管线200的机械强度等性能。

本发明第二实施例进一步提供一种碳纳米管膜的制备方法。本实施例与第一实施例的区别是：请参见图10，本实施例中，所述第一三角形108和第二三角形110均为直角三角形，所述矩形106的第一侧边1060和第二侧边1062分别为第一三角形108和第二三角形110的一直角边，并且所述第一端点102与第二端点104的连线不平行于X方向。

这种情况下，从第一图形化碳纳米管阵列10的第一端点102沿着所述X方向持续拉伸获得碳纳米管膜100，所述碳纳米管膜100不但在整个拉取过程中均保持不变的碳纳米管数量，而且具有相同的宽度。即，所述碳纳米管膜100为一碳纳米管膜，该碳纳米管膜在整个拉取过程中具有相同的宽度和相同数量的碳纳米管。这种情况下，从所述第一图形化碳纳米管阵列的第一端点102中拉取出的第二碳纳米管膜预制体22必须搭接在第一图形化碳纳米管阵列10中矩形106图案的第二侧边1062的端点处，并且该端点与所述第一端点102的连线平行于所述X方向。即，从后一图形化碳纳米管阵列的第一端点102中拉取出的碳纳米管膜必须搭接在前一图形化碳纳米管阵列中矩形106图案的第二侧边1062的端点处，并且该端点与所述第一端点102的连线平行于所述X方向。

可以理解，可以直接从一碳纳米管结构预制体300中直接拉取获得一碳纳米管膜100。请参见图11，所述碳纳米管结构预制体300包括：N个图形化碳纳米管阵列，N大于等于2，该N个图形化碳纳米管阵列设置在同一平面且沿X方向间隔排列，每个图形化碳纳米管阵列包括一生长基底12以及多个碳纳米管基本平行且垂直于所述生长基底12的表面，每个图形化碳纳米管阵列中的多个碳纳米管排列成一预设图形，该图形包括一矩形106、一第一三角形108和一第二三角形110，该矩形106包括相对的一第一侧边1060和一第二侧边1062，所述第一三角形108和第二三角形110分别位于所述矩形106的第一侧边1060和第二侧边1062，所述第一三角形108的底边与所述矩形106共用第一侧边1060，所述第二三角形110的底边与所述矩形106共用第二侧边1062，所述第一三角形108和第二三角形110可相互配合拼接成一平行四边形，每个图形化碳纳米管阵列中的矩形106的第一侧边1060和第二侧边1062垂直于所述X方向，每个图形化碳纳米管阵列中的所述第一三角形108和第二三角形110在X方向的高度相等；以及

N-1个碳纳米管膜预制体，每个碳纳米管膜预制体位于相邻的两个图形化碳纳米管阵列之间，每个碳纳米管膜预制体为从所述第N-1个图形化碳纳米管阵列的第一三角形108的顶角直接拉伸出，每个碳纳米管膜预制体具有相对的第一端222和第二端224，该第二端224与第N-1个图形化碳纳米管阵列的第一三角形108的顶角相连，该第一端222与第N个图形化碳纳米管阵列的第二三角形110的底边相连。所述第一三角形108的顶角与第二三角形110的顶角的大小相等，该顶角分别为第一三角形108和第二三角形110中底边所对应的角度。当所述第一三角形108和第二三角形110均为钝角三角形时，该第一三角形108中的所述顶角和第二三角形110中的所述顶角均大于90度。所述碳纳米管膜预制体悬空设置，该碳纳米管膜预制体包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿所述X方向延伸。

进一步，请参见图12，所述碳纳米管结构预制体400与碳纳米管预制体300的区别是：第一，所述该图形为一平行四边形，该平行四边形包括所述第一端点102、第二端点104和一第三端点105，该第一端点102和第二端点104的连线形成所述平行四边形的一对角线，并且该对角线与所述X方向的夹角为45度，该第三端点105与所述第一端点102的连线平行于所述X方向；第二，每个碳纳米管膜预制体具有相对的第一端222和第二端224，该第二端224与第N-1个图形化碳纳米管阵列的平行四边形的第一端点102相连，该第一端222与第N个图形化碳纳米管阵列的平行四边形的第三端点105相连。

可以理解，所述平行四边形具有相互平行的两条第一边和相互平行的两条第二边，所述两条第一边平行于所述X方向，相邻图形化碳纳米管阵列中的第二边均相互平行，所述平行四边形具有一个锐角和一个钝角，每个图形化碳纳米管阵列的所述锐角与相邻图形化碳纳米管阵列的所述钝角相邻。每个碳纳米管膜预制体位于相邻的两个图形化碳纳米管阵列之间，每个碳纳米管膜预制体为从所述第N-1个图形化碳纳米管阵列的平行四边形的所述锐角顶点直接拉伸出，每个碳纳米管膜预制体具有相对的第一端222和第二端224，该第一端222与第N个图形化碳纳米管阵列的平行四边形中所述钝角顶点相连，该第二端224与所述N-1个图形化碳纳米管阵列锐角顶点相连。

本发明提供的碳纳米管膜的制备方法具有以下优点：第一、将多个图形化的碳纳米管阵列相互搭接，实现碳纳米管膜的连续生产；第二、调整图形化的碳纳米管阵列的形状，在碳纳米管膜的连续制备过程中确保碳纳米管数量的不变，提高了碳纳米管膜的机械强度等性能；第三、调整图形化的碳纳米管阵列的形状，在碳纳米管膜的连续制备过程中确保碳纳米管膜的宽度不变。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种碳纳米管结构预制体，包括：

N个图形化碳纳米管阵列，N大于等于2，该N个图形化碳纳米管阵列设置在同一平面且沿一X方向间隔排列，每个图形化碳纳米管阵列包括一基底以及多个碳纳米管垂直于所述基底的表面，每个图形化碳纳米管阵列中的多个碳纳米管排列成一预设图形，该图形包括一矩形、一第一三角形和一第二三角形，该矩形包括相对的一第一侧边和一第二侧边，所述第一三角形和第二三角形分别位于所述矩形的第一侧边和第二侧边，所述第一三角形的底边与所述矩形共用第一侧边，所述第二三角形的底边与所述矩形共用第二侧边，所述第一三角形和第二三角形可相互配合拼接成一平行四边形，每个图形化碳纳米管阵列中的矩形的第一侧边和第二侧边垂直于所述X方向，每个图形化碳纳米管阵列中的所述第一三角形和第二三角形在X方向的高度相等；以及

N-1个碳纳米管膜预制体，每个碳纳米管膜预制体位于相邻的两个图形化碳纳米管阵列之间，每个碳纳米管膜预制体为从所述第N-1个图形化碳纳米管阵列的第一三角形的顶角直接拉伸出，每个碳纳米管膜预制体具有相对的第一端和第二端，该第一端与第N个图形化碳纳米管阵列的第二三角形的底边相连，该第二端与第N-1个图形化碳纳米管阵列的第一三角形的顶角相连。

2.如权利要求1所述的碳纳米管结构预制体，其特征在于，每个图形化碳纳米管阵列中的所述第一三角形和第二三角形的顶角大小相等。

3.如权利要求2所述的碳纳米管结构预制体，其特征在于，每个图形化碳纳米管阵列中的所述第一三角形和第二三角形均为钝角三角形，且第一三角形和第二三角形的顶角均大于90度。

4.如权利要求2所述的碳纳米管结构预制体，其特征在于，所述第一三角形和第二三角形均为等腰三角形。

5.如权利要求1所述的碳纳米管结构预制体，其特征在于，所述碳纳米管膜预制体包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿所述X方向延伸。

6.如权利要求5所述的碳纳米管结构预制体，其特征在于，所述碳纳米管膜预制体悬空设置。

7.如权利要求1所述的碳纳米管结构预制体，其特征在于，所述N个图形化碳纳米管阵列具有相同的结构及尺寸。

8.一种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：

提供一种如权利要求1至权利要求7中任一项所述的碳纳米管结构预制体；以及

从所述第N个图形化碳纳米管阵列的第一三角形的顶角持续拉伸获得一碳纳米管膜，所述拉伸的方向为沿着X方向。

9.一种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：

提供两个碳纳米管阵列，该两个碳纳米管阵列设置在同一平面且沿一X方向间隔排列；

将所述两个碳纳米管阵列进行图形化处理，形成两个图形化碳纳米管阵列，并依次命名为第一图形化碳纳米管阵列、第二图形化碳纳米管阵列，每个图形化碳纳米管阵列中的多个碳纳米管排列成一预设图形，该图形包括一矩形、一第一三角形和一第二三角形，该矩形包括相对的一第一侧边和一第二侧边，所述第一三角形和第二三角形分别位于所述矩形的第一侧边和第二侧边，所述第一三角形的底边与所述矩形共用第一侧边，所述第二三角形的底边与所述矩形共用第二侧边，所述第一三角形和第二三角形可相互配合拼接成一平行四边形，每个图形化碳纳米管阵列中的矩形的第一侧边和第二侧边垂直于所述X方向，每个图形化碳纳米管阵列中的所述第一三角形和第二三角形在X方向的高度相等；

从第一图形化碳纳米管阵列的第一三角形的顶角拉取获得一碳纳米管膜，直至第一图形化碳纳米管阵列中第二三角形的底边的碳纳米管被拉取；

从第二图形化碳纳米管阵列的第一三角形的顶角拉伸获得一碳纳米管膜预制体，并将该碳纳米管膜预制体搭接在第一图形化碳纳米管阵列中第二三角形的底边；以及

继续拉伸所述碳纳米管膜，所述拉伸的方向始终沿着所述X方向。

10.如权利要求9所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，在拉伸过程中，所述碳纳米管膜与拉伸方向垂直的截面的碳纳米管的数量不变。

11.如权利要求9所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，进一步包括一利用有机溶剂或机械扭转处理所述碳纳米管膜的步骤。