TW201600450A - 奈米碳管膜的製備方法 - Google Patents

Abstract

一種奈米碳管膜的製備方法，包括以下步驟：提供複數個奈米碳管陣列間隔排列在同一直線上；將所述複數個奈米碳管陣列處理成複數個圖形化奈米碳管陣列；從複數個圖形化奈米碳管陣列中拉取一奈米碳管膜，並將該奈米碳管膜搭接在前一圖形化奈米碳管陣列上；從最前面的圖形化奈米碳管陣列持續拉伸獲得一奈米碳管膜。

Description

奈米碳管膜的製備方法

本發明涉及一種奈米碳管膜的製備方法。

奈米碳管係一種由石墨烯片卷成的中空管狀物，其具有優異的力學、熱學及電學性質。奈米碳管應用領域非常廣闊，例如，它可用於製作場效應電晶體、原子力顯微鏡針尖、場發射電子槍、奈米範本等等。

範守善等人在Nature, 2002, 419:801, Spinning Continuous CNT Yarns一文中揭露了一種從超順排奈米碳管陣列中拉出的純奈米碳管紗，這種奈米碳管紗包括複數個在凡得瓦力作用下首尾相接的奈米碳管片段，每個奈米碳管片段具有大致相等的長度，且每個奈米碳管片段由複數個相互平行的奈米碳管構成，一般的，這種奈米碳管紗的直徑在0.5~100微米左右，經過有機溶劑處理後這種奈米碳管紗可以方便的用於宏觀領域。上述奈米碳管紗在徑向上具有良好的導電及導熱性能，並且具有優異的韌性和機械強度，被認為係一種具有取代碳纖維、石墨纖維及玻璃纖維潛力的新型材料，可以廣泛的應用於電磁遮罩電纜、印刷電路板及特種防護服裝的紡織等領域。

然，目前奈米碳管紗的製備長度受到奈米碳管陣列大小的限制，從先前的4英寸的矽片上生長的高度為200微米的奈米碳管陣列中，所拉出的奈米碳管紗的長度有限，使這種奈米碳管紗在宏觀上的應用受到限制。

有鑒於此，提供一種連續的奈米碳管膜的製備方法實為必要。

一種奈米碳管結構預製體，包括：N個圖形化奈米碳管陣列，N大於等於2，該N個圖形化奈米碳管陣列設置在同一平面且沿一X方向間隔排列，每個圖形化奈米碳管陣列包括一基底及複數個奈米碳管垂直於所述基底的表面，每個圖形化奈米碳管陣列中的複數個奈米碳管排列成一預設圖形，該圖形為一平行四邊形，該平行四邊形具有相互平行的兩條第一邊和相互平行的兩條第二邊，所述兩條第一邊平行於所述X方向，相鄰圖形化奈米碳管陣列中的第二邊均相互平行，每個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的一個銳角頂點與相鄰的圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的一個鈍角定點相鄰且相對設置；及N-1個奈米碳管膜預製體，每個奈米碳管膜預製體位於相鄰的兩個圖形化奈米碳管陣列之間，每個奈米碳管膜預製體為從第N-1個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的所述銳角頂點直接拉伸出，每個奈米碳管膜預製體具有相對的第一端和第二端，該第一端與第N個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形中所述鈍角頂點相連，該第二端與第N-1個圖形化奈米碳管陣列中所述銳角頂點相連。

一種奈米碳管膜的製備方法，包括以下步驟：提供一種所述奈米碳管結構預製體；及從所述第N個圖形化奈米碳管陣列的所述銳角頂點持續拉伸獲得一奈米碳管膜，所述拉伸的方向為沿著X方向。

一種奈米碳管膜的製備方法，包括以下步驟：提供兩個奈米碳管陣列，該兩個奈米碳管陣列設置在同一平面且沿一X方向間隔排列；將所述兩個奈米碳管陣列進行圖形化處理，形成兩個圖形化奈米碳管陣列，並依次命名為第一圖形化奈米碳管陣列、第二圖形化奈米碳管陣列，每個圖形化奈米碳管陣列中的複數個奈米碳管排列成一預設圖形，該圖形為一平行四邊形，該平行四邊形具有相互平行的兩條第一邊和相互平行的兩條第二邊，所述兩條第一邊平行於所述X方向，相鄰圖形化奈米碳管陣列中的第二邊均相互平行，每個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的一個銳角頂點與相鄰的圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的一個鈍角定點相鄰且相對設置；從第一圖形化奈米碳管陣列的所述銳角頂點拉伸獲得一奈米碳管膜；從第二圖形化奈米碳管陣列的所述銳角頂點拉伸獲得一奈米碳管膜預製體，並將該奈米碳管膜預製體搭接在第一圖形化奈米碳管陣列中所述鈍角頂點；及繼續拉伸所述奈米碳管膜，所述拉伸的方向始終沿著所述X方向。

與先前技術相比，本發明所提供的奈米碳管膜的製備方法中，將複數個圖形化的奈米碳管陣列相互搭接，實現奈米碳管膜的連續製備；調整圖形化的奈米碳管陣列的形狀，在奈米碳管膜的連續製備過程中確保奈米碳管數量的不變，提高了奈米碳管膜的力學性能。

圖1為本發明第一實施例提供的奈米碳管膜的製備方法的工藝流程圖。

圖2為本發明第一實施例提供的奈米碳管陣列的剖面結構示意圖。

圖3為本發明第一實施例提供的圖形化的奈米碳管陣列的圖案。

圖4為本發明第一實施例提供的圖形化的奈米碳管陣列的另一圖案。

圖5為本發明第一實施例提供的圖形化的奈米碳管陣列的另一圖案。

圖6為本發明第一實施例提供的圖形化的奈米碳管陣列的另一圖案。

圖7為本發明第一實施例提供的第二奈米碳管膜預製體沒有搭接在第一圖形化奈米碳管陣列上的結構示意圖。

圖8為本發明第一實施例提供的利用有機溶劑處理奈米碳管膜的結構示意圖。

圖9為本發明第一實施例提供的採用機械扭轉的方法處理奈米碳管膜的結構示意圖。

圖10為本發明第二實施例提供的圖形化的奈米碳管陣列的圖案。

圖11為本發明第三實施例提供的奈米碳管結構預製體的結構示意圖。

圖12為本發明第四實施例提供的奈米碳管結構預製體的結構示意圖。

下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的奈米碳管膜的製備方法作進一步的詳細說明。

請一併參見圖1至圖3，本發明第一實施例提供一種奈米碳管膜100的製備方法，包括以下步驟：

S10，提供複數個奈米碳管陣列14，該複數個奈米碳管陣列14沿一水準方向間隔排列，該水準方向定義為X方向；

S20，將所述複數個奈米碳管陣列14進行圖形化處理，形成複數個圖形化的奈米碳管陣列，並依次命名為第一圖形化奈米碳管陣列10、第二圖形化奈米碳管陣列20，直至第N圖形化奈米碳管陣列40，每個圖形化奈米碳管陣列具有相對的第一端點102和第二端點104，每個圖形化奈米碳管陣列的第一端點102與相鄰圖形化奈米碳管陣列的第二端點104相鄰，所述N大於等於2；

S30，從第二圖形化奈米碳管陣列20的第一端點102拉伸獲得一第二奈米碳管膜預製體22，並將該第二奈米碳管膜預製體22搭接在第一圖形化奈米碳管陣列10的第二端點104；

S40，從第三圖形化奈米碳管陣列30的第一端點102拉伸獲得一第三奈米碳管膜預製體32，並將該第三奈米碳管膜預製體32搭接在第二圖形化奈米碳管陣列20的第二端點104；

S50，重複步驟S30或S40，直至完成第二圖形化奈米碳管陣列20至第N圖形化奈米碳管陣列40中所有圖形化奈米碳管陣列的拉伸和搭接；

S60，從第一圖形化奈米碳管陣列10的第一端點102持續拉伸獲得一奈米碳管膜100，所述拉伸的方向為沿著所述X方向；

S70，利用有機溶劑70或機械扭轉處理所述奈米碳管膜100，形成一奈米碳管線200。

步驟S10中，請參見圖2，所述奈米碳管陣列14優選為超順排奈米碳管陣列14，該超順排奈米碳管陣列14的製備方法採用化學氣相沈積法，其具體包括以下步驟：（a）提供一平整生長基底12，該生長基底12可選用P型或N型矽生長基底12，或選用形成有氧化層的矽生長基底12，本發明實施例優選為採用4英寸的矽生長基底12；（b）在生長基底12表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）或其任意組合的合金之一；（c）將上述形成有催化劑層的生長基底12在700℃~900℃的空氣中退火約30分鐘~90分鐘；（d）將處理過的生長基底12置於一反應爐中，在保護氣體環境下加熱到500℃~740℃，然後通入碳源氣體反應約5分鐘~30分鐘，生長得到奈米碳管陣列14。該奈米碳管陣列14為複數個彼此平行且垂直於生長基底12生長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列14。通過上述控制生長條件，該奈米碳管陣列14中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。本實施例中碳源氣可選用乙炔等化學性質較活潑的碳氫化合物，保護氣體可選用氮氣、氨氣或惰性氣體。所述複數個奈米碳管陣列14間隔排列在同一平面內。

步驟S20中，請參見圖3，每個圖形化奈米碳管陣列中的複數個奈米碳管排列成一預設圖形，該圖形包括一矩形106、一第一三角形108和一第二三角形110，該第一三角形108和第二三角形110分別位於所述矩形106相對的兩側，並且與所述矩形106均共用一條邊。具體地，所述矩形106具有相對的第一側邊1060和第二側邊1062，且該第一側邊1060和第二側邊1062垂直於所述拉伸方向。每個圖形化奈米碳管陣列中，所述第一端點102為第一三角形108的頂點，該頂點由一第三邊1080和與該第三邊1080相鄰的第四邊1082的公共端點形成，所述第三邊1080和第四邊1082及矩形106的第一側邊1060形成所述第一三角形108。所述第二端點104為第二三角形110的頂點，該頂點由一第五邊1100和與該第五邊1100相鄰的第六邊1102的公共端點形成，所述第五邊1100和第六邊1102及矩形106的第二側邊1062形成所述第二三角形110。優選地，所述複數個圖形化奈米碳管陣列具有相同的結構及尺寸，即所述複數個圖形化奈米碳管陣列中，由複數個奈米碳管排列形成的預設圖形完全相同。

可以理解，所述矩形106與第一三角形108及第二三角形110的連接係無縫隙或無間隔的，所述矩形106的第一側邊1060和第二側邊1062實際並不存在，只係為了更清楚地描述所述圖形化奈米碳管陣列的圖案。

所述第一三角形108和第二三角形110具有相同的高度，即所述第一端點102到所述第一側邊1060的距離等於第二端點104到第二側邊1062的距離。優選地，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，若定義所述第一側邊1060和第二側邊1062分別為所述第一三角形108和第二三角形110的底邊，則每個圖形化奈米碳管陣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邊形，所述第一三角形108和第二三角形110可包括以下幾種形狀。

（1）請參見圖3，第一三角形108和第二三角形110均為銳角三角形。所述第一三角形108的第三邊1080平行於第二三角形110的第六邊1102，同時所述第一三角形108的第四邊1082平行於第二三角形110的第五邊1100。優選地，所述第一三角形108和第二三角形110均為等腰三角形，更優選地，所述第一三角形108和第二三角形110均為等邊三角形。

（2）請參見圖4，第一三角形108和第二三角形110均為鈍角三角形。所述第一三角形108的第三邊1080平行於第二三角形110的第六邊1102，同時所述第一三角形108的第四邊1082平行於第二三角形110的第五邊1100。並且，在第一三角形108中，與第一側邊1060相對的角，即由第三邊和第四邊形成的角為鈍角；在第二三角形110中，與第二側邊1062相對的角，即由第五邊和第六邊形成的角為鈍角。

（3）請參見圖5和圖6，所述第一三角形108和第二三角形110均為直角三角形。圖5中，所述矩形106的第一側邊1060和第二側邊1062分別為第一三角形108和第二三角形110的斜邊，優選地，所述第一三角形108和第二三角形110均為等腰直角三角形。圖6中，所述矩形106的第一側邊1060和第二側邊1062分別為第一三角形108和第二三角形110的直角邊，並且，所述第一端點102和第二端點104的連線平行於所述X方向。

對所述複數個奈米碳管陣列14圖形化處理的方法不限。本實施例中，採用一鐳射束照射所述複數個奈米碳管陣列14的表面並在每一奈米碳管陣列14中形成上述圖案，其具體步驟為：

首先，提供一可由電腦程式控制的鐳射器，該鐳射器的鐳射束的照射路徑可通過電腦程式控制。

其次確定好奈米碳管陣列14所需要的圖樣，輸入電腦程式中，使鐳射器中的鐳射束沿可形成該圖樣的路徑照射。

最後，開啟鐳射器，使一定功率的鐳射束以一定的速度從正面直接照射所述複數個奈米碳管陣列14的表面。經鐳射照射後，處於鐳射照射路徑處的奈米碳管陣列14被鐳射蝕刻，在每一個奈米碳管陣列14的表面形成預定的圖形。

本實施例中，鐳射器的鐳射束為YAG鐳射束，波長為1.06微米，鐳射束斑直徑為20微米，功率為3.6瓦~12瓦，掃描速度為1毫米/秒~1000毫米/秒，優選為10毫米/秒~90毫米/秒。上述鐳射束功率密度和掃描速度，可在鐳射束照射奈米碳管陣列14的瞬間對奈米碳管陣列14進行圖形化，不會對生長基底12造成傷害。

步驟S30中，採用一拉伸工具50從所述第二圖形化奈米碳管陣列20中拉取奈米碳管獲得第二奈米碳管膜預製體22，其具體包括以下步驟：（a）從所述第二圖形化奈米碳管陣列20中選定一個或複數個奈米碳管，優選為採用具有一定寬度的膠帶、鑷子或夾子接觸第二圖形化奈米碳管陣列20以選定一個或複數個奈米碳管；（b）以一定速度拉伸該選定的奈米碳管，從而形成首尾相連的複數個奈米碳管片段，進而形成一連續的第二奈米碳管膜預製體22。該拉伸方向沿基本垂直於所述奈米碳管陣列14的生長方向。

在上述拉伸過程中，該複數個奈米碳管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離生長基底12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第二奈米碳管膜預製體22。

由於第二奈米碳管膜預製體22非常純淨，且比表面積小，表面光滑，很容易通過凡得瓦力與其他物體緊密結合，故，所述第二奈米碳管膜預製體22本身具有一定的黏性，可以不使用膠黏劑而直接搭接在第一圖形化奈米碳管陣列10的第二端點104。當然，所述第二奈米碳管膜預製體22也可以通過膠黏劑黏在第一圖形化奈米碳管陣列10的第二端點104。本實施例中，所述第二奈米碳管膜預製體22直接與第一圖形化奈米碳管陣列10第二端點104處的奈米碳管黏結。

進一步，所述第二奈米碳管膜預製體22可以搭接在第一圖形化奈米碳管陣列10中矩形106圖案的第二側邊1062，優選地，所述第二奈米碳管膜預製體22搭接在第一圖形化奈米碳管陣列10中矩形106圖案的第二側邊1062的中點處。具體的，第二奈米碳管膜預製體22具有相對的第一端222和第二端224，該第一端222與第二圖形化奈米碳管陣列20的第一端點102相連，該第二端224與第一圖形化奈米碳管陣列10的第二三角形110的第二側邊1062相連。

步驟S40、步驟S50和步驟S30的具體過程相同。

步驟S60，採用所述拉伸工具50從第一圖形化奈米碳管陣列10中選定一個或複數個奈米碳管，優選為採用具有一定寬度的膠帶、鑷子或夾子接觸第一圖形化奈米碳管陣列10以選定一個或複數個奈米碳管。然後，以一定速度拉伸該選定的奈米碳管，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膜。該拉伸方向沿基本垂直於所述奈米碳管陣列14的生長方向。

當第一圖形化奈米碳管陣列10中的奈米碳管被逐漸拉取，直至拉取該第一圖形化奈米碳管陣列10中矩形106第二側邊1062的奈米碳管或該第一圖形化奈米碳管陣列10的第二端點104的奈米碳管時，由於所述第二奈米碳管膜預製體22搭接或黏附於所述第一圖形化奈米碳管陣列10中矩形106第二側邊1062的奈米碳管或該第一圖形化奈米碳管陣列10的第二端點104的奈米碳管，故，第二圖形化奈米碳管陣列20中的奈米碳管繼續被拉取，如此，直至第N圖形化奈米碳管陣列40中的奈米碳管被拉取。

在上述拉伸過程中，該複數個奈米碳管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離生長基底12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膜100。

所述奈米碳管膜100為一膜狀或層狀結構，該奈米碳管膜100包括複數個首尾相連且沿拉伸方向延伸的奈米碳管。該奈米碳管均勻分佈，且平行於奈米碳管膜100表面。所述奈米碳管之間通過凡得瓦力連接，一方面，首尾相連的奈米碳管之間通過凡得瓦力連接，另一方面，平行的奈米碳管之間部分亦通過凡得瓦力結合。故，該奈米碳管膜100具有一定的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂，且具有良好的自支撐性能。

所述奈米碳管膜100的整個形成過程中，該奈米碳管膜100與拉伸方向垂直的截面中的奈米碳管數量始終保持不變。具體分析如下：

圖7顯示的係第二奈米碳管膜預製體22沒有搭接在第一圖形化奈米碳管陣列10上的結構示意圖。所述第二奈米碳管膜預製體22或奈米碳管膜100的寬度及所含有的奈米碳管數量與奈米碳管陣列14的面積有關。在整個拉取的過程中，拉伸速度係恒定的，當第一圖形化奈米碳管陣列10中奈米碳管被拉取至所述矩形106的第二側邊1062並且繼續拉取時，所述奈米碳管膜100中奈米碳管數量會變少，因為奈米碳管陣列14的面積變小了。假如時間t內，第一圖形化奈米碳管陣列10中矩形106的第二側邊1062的奈米碳管被拉取直至直線CD處的奈米碳管被拉取，那麼，與之前相同時間t相比，奈米碳管數量減少的面積為三角形IAC和三角形BGD的面積總和。在相同時間t內，第二圖形化奈米碳管陣列20第一端點102處的奈米碳管被拉取直至直線FG處的奈米碳管被拉取。

由於所述每個圖形化奈米碳管陣列中第一三角形108和第二三角形110可相互配合形成一平行四邊形，故三角形EFG中角E的角度等於三角形IAC中角A的角度和三角形BGD中角B的角度之和。那麼，在拉伸速度恒定不變，或者說拉取第一圖形化奈米碳管的拉伸速度與拉取第二圖形化奈米碳管陣列20的拉伸速度相同的情況下，三角形EFG的面積等於三角形IAC和三角形BGD的面積總和。

故，當所述第二奈米碳管膜預製體22搭接或黏附於所述第一圖形化奈米碳管陣列10中矩形106第二側邊1062的奈米碳管時，可以補償奈米碳管膜100中減少的奈米碳管數量。以此類推，當第二圖形化奈米碳管陣列20至第N圖形化奈米碳管陣列40中所有拉取出的奈米碳管膜均搭接在前一圖形化奈米碳管陣列中矩形106第二側邊1062時，所述奈米碳管膜100在整個拉取過程中均保持不變的奈米碳管數量。

步驟S70中，將拉出的奈米碳管膜100經過所述有機溶劑70浸潤處理後收縮成為一奈米碳管線200，該奈米碳管線200為一非扭轉的奈米碳管線200。其具體操作如下：請參見圖8，在奈米碳管膜100的一側斜上方放置一第一容器60，其用於盛裝處理奈米碳管膜100的有機溶劑70。該有機溶劑70為揮發性有機溶劑70，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿，本實施例中採用乙醇。該第一容器60具有一流道62，該流道62有一通孔64，用於給奈米碳管膜100供給有機溶劑70。將所述奈米碳管膜100收攏並使其穿過所述通孔64，有機溶劑70從流道62流出，同時將奈米碳管膜100從流道62的通孔64連續拉伸出，使奈米碳管膜100在流道62的通孔64處被有機溶劑70浸潤。當然，也可不用收攏奈米碳管膜100，直接用一個可使奈米碳管膜100穿過且可浸潤該奈米碳管膜100的裝置。在流道62的通孔64下方放置一第二容器80，用於盛裝遺漏的有機溶劑70。將奈米碳管膜100經揮發性有機溶劑70浸潤處理後，將該奈米碳管膜100拉過該通孔64時，在揮發性有機溶劑70表面張力的作用下，奈米碳管膜100收縮成直徑為20~30微米的非扭轉的奈米碳管線200。

所述非扭轉的奈米碳管線200包括複數個沿該非扭轉的奈米碳管線200軸向延伸的奈米碳管，即該奈米碳管的軸向與非扭轉的奈米碳管線200的軸向基本平行。所述非扭轉的奈米碳管線200中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。該非扭轉的奈米碳管線200表面體積比小，無黏性，且具有良好的機械強度及韌性，能方便地應用於宏觀的複數個領域。

請參見圖9，採用機械扭轉處理所述奈米碳管膜100成為一扭轉的奈米碳管線200，其具體過程為：所述奈米碳管膜100仍在拉取階段時，該奈米碳管膜100的一端通過凡得瓦力與生長於生長基底12上的奈米碳管陣列14相連，另一端通過拉伸工具50夾持固定；固定生長基底12，轉動所述拉伸工具50，該轉動所在的面與所述奈米碳管膜100的長度方向垂直，可手動轉動拉伸工具50，也可將拉伸工具50固定於旋轉電機90上實現連續轉動，從而將奈米碳管膜100扭轉成為一扭轉的奈米碳管線200。可以理解，在扭轉的過程中，拉伸工具50仍需對奈米碳管膜100施加拉力，即拉伸工具50繼續拉取奈米碳管膜100，使奈米碳管膜100中的奈米碳管在繃直的狀態下發生扭轉。進一步，可通過拉伸工具50施加拉力，使奈米碳管膜100繼續從所述複數個圖形化奈米碳管陣列中不斷被拉出。扭動拉伸工具50的扭力F滿足 0.00005牛<F <0.001牛。

可以理解，也可以將奈米碳管膜100脫離所述複數個圖形化奈米碳管陣列，即利用一支撐體支撐固定奈米碳管膜100的一端，該奈米碳管膜100的另一端仍通過拉伸工具50夾持固定或也通一支撐體固定，此時，給支撐體及拉伸工具50提供相反的力，使奈米碳管膜100扭轉成為一扭轉的奈米碳管線200。

所述扭轉的奈米碳管線200包括複數個繞扭轉的奈米碳管線200軸向螺旋排列的奈米碳管，即奈米碳管的軸向沿扭轉的奈米碳管線200的軸向螺旋延伸。

進一步，可收集所制得的奈米碳管線200。本實施例中，採用電機90將該所述奈米碳管線200卷到線軸92上即可，如圖8所示。當然也可採用手工將其卷到線軸92上，使其可方便地在宏觀領域進一步應用。

由於奈米碳管膜100中奈米碳管的數量在整個拉伸過程中保持不變，故，將所述奈米碳管膜100處理成奈米碳管線200時，該奈米碳管線200軸向上各處具有相同數量的奈米碳管，且該奈米碳管線200具有均勻的直徑，提高了奈米碳管線200的機械強度等性能。

本發明第二實施例進一步提供一種奈米碳管膜的製備方法。本實施例與第一實施例的區別係：請參見圖10，本實施例中，所述第一三角形108和第二三角形110均為直角三角形，所述矩形106的第一側邊1060和第二側邊1062分別為第一三角形108和第二三角形110的一直角邊，並且所述第一端點102與第二端點104的連線不平行於X方向。

這種情況下，從第一圖形化奈米碳管陣列10的第一端點102沿著所述X方向持續拉伸獲得奈米碳管膜100，所述奈米碳管膜100不但在整個拉取過程中均保持不變的奈米碳管數量，而且具有相同的寬度。即，所述奈米碳管膜100為一奈米碳管膜，該奈米碳管膜在整個拉取過程中具有相同的寬度和相同數量的奈米碳管。這種情況下，從所述第一圖形化奈米碳管陣列的第一端點102中拉取出的第二奈米碳管膜預製體22搭接在第一圖形化奈米碳管陣列10中矩形106圖案的第二側邊1062的端點處，並且該端點與所述第一端點102的連線平行於所述X方向。即，從後一圖形化奈米碳管陣列的第一端點102中拉取出的奈米碳管膜搭接在前一圖形化奈米碳管陣列中矩形106圖案的第二側邊1062的端點處，並且該端點與所述第一端點102的連線平行於所述X方向。

可以理解，可以直接從一奈米碳管結構預製體300中直接拉取獲得一奈米碳管膜100。請參見圖11，所述奈米碳管結構預製體300包括：N個圖形化奈米碳管陣列，N大於等於2，該N個圖形化奈米碳管陣列設置在同一平面且沿X方向間隔排列，每個圖形化奈米碳管陣列包括一生長基底12及複數個奈米碳管基本平行且垂直於所述生長基底12的表面，每個圖形化奈米碳管陣列中的複數個奈米碳管排列成一預設圖形，該圖形包括一矩形106、一第一三角形108和一第二三角形110，該矩形106包括相對的一第一側邊1060和一第二側邊1062，所述第一三角形108和第二三角形110分別位於所述矩形106的第一側邊1060和第二側邊1062，所述第一三角形108的底邊與所述矩形106共用第一側邊1060，所述第二三角形110的底邊與所述矩形106共用第二側邊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邊形，每個圖形化奈米碳管陣列中的矩形106的第一側邊1060和第二側邊1062垂直於所述X方向，每個圖形化奈米碳管陣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；及

N-1個奈米碳管膜預製體，每個奈米碳管膜預製體位於相鄰的兩個圖形化奈米碳管陣列之間，每個奈米碳管膜預製體為從所述第N-1個圖形化奈米碳管陣列的第一三角形108的頂角直接拉伸出，每個奈米碳管膜預製體具有相對的第一端222和第二端224，該第二端224與第N-1個圖形化奈米碳管陣列的第一三角形108的頂角相連，該第一端222與第N個圖形化奈米碳管陣列的第二三角形110的底邊相連。所述第一三角形108的頂角與第二三角形110的頂角的大小相等，該頂角分別為第一三角形108和第二三角形110中底邊所對應的角度。當所述第一三角形108和第二三角形110均為鈍角三角形時，該第一三角形108中的所述頂角和第二三角形110中的所述頂角均大於90度。所述奈米碳管膜預製體懸空設置，該奈米碳管膜預製體包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且沿所述X方向延伸。

進一步，請參見圖12，所述奈米碳管結構預製體400與奈米碳管預製體300的區別係：第一，所述該圖形為一平行四邊形，該平行四邊形包括所述第一端點102、第二端點104和一第三端點105，該第一端點102和第二端點104的連線形成所述平行四邊形的一對角線，並且該對角線與所述X方向的夾角為45度，該第三端點105與所述第一端點102的連線平行於所述X方向；第二，每個奈米碳管膜預製體具有相對的第一端222和第二端224，該第二端224與第N-1個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的第一端點102相連，該第一端222與第N個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的第三端點105相連。

可以理解，所述平行四邊形具有相互平行的兩條第一邊和相互平行的兩條第二邊，所述兩條第一邊平行於所述X方向，相鄰圖形化奈米碳管陣列中的第二邊均相互平行，所述平行四邊形具有一個銳角和一個鈍角，每個圖形化奈米碳管陣列的所述銳角與相鄰圖形化奈米碳管陣列的所述鈍角相鄰。每個奈米碳管膜預製體位於相鄰的兩個圖形化奈米碳管陣列之間，每個奈米碳管膜預製體為從所述第N-1個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的所述銳角頂點直接拉伸出，每個奈米碳管膜預製體具有相對的第一端222和第二端224，該第一端222與第N個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形中所述鈍角頂點相連，該第二端224與所述N-1個圖形化奈米碳管陣列銳角頂點相連。

本發明提供的奈米碳管膜的製備方法具有以下優點：第一、將複數個圖形化的奈米碳管陣列相互搭接，實現奈米碳管膜的連續生產；第二、調整圖形化的奈米碳管陣列的形狀，在奈米碳管膜的連續製備過程中確保奈米碳管數量的不變，提高了奈米碳管膜的機械強度等性能；第三、調整圖形化的奈米碳管陣列的形狀，在奈米碳管膜的連續製備過程中確保奈米碳管膜的寬度不變。

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。

10‧‧‧第一圖形化奈米碳管陣列

12‧‧‧生長基底

14‧‧‧奈米碳管陣列

102‧‧‧第一端點

104‧‧‧第二端點

105‧‧‧第三端點

106‧‧‧矩形

1060‧‧‧第一側邊

1062‧‧‧第二側邊

108‧‧‧第一三角形

1080‧‧‧第三邊

1082‧‧‧第四邊

110‧‧‧第二三角形

1100‧‧‧第五邊

1102‧‧‧第六邊

20‧‧‧第二圖形化奈米碳管陣列

22‧‧‧第二奈米碳管膜預製體

222‧‧‧第一端

224‧‧‧第二端

30‧‧‧第三圖形化奈米碳管陣列

32‧‧‧第三奈米碳管膜預製體

40‧‧‧第N圖形化奈米碳管陣列

50‧‧‧拉伸工具

100‧‧‧奈米碳管膜

200‧‧‧奈米碳管線

60‧‧‧第一容器

62‧‧‧流道

64‧‧‧通孔

70‧‧‧有機溶劑

80‧‧‧第二容器

90‧‧‧電機

92‧‧‧線軸

300,400‧‧‧奈米碳管結構預製體

無

10‧‧‧第一圖形化奈米碳管陣列

12‧‧‧生長基底

14‧‧‧奈米碳管陣列

102‧‧‧第一端點

104‧‧‧第二端點

20‧‧‧第二圖形化奈米碳管陣列

22‧‧‧第二奈米碳管膜預製體

30‧‧‧第三圖形化奈米碳管陣列

32‧‧‧第三奈米碳管膜預製體

40‧‧‧第N圖形化奈米碳管陣列

50‧‧‧拉伸工具

100‧‧‧奈米碳管膜

200‧‧‧奈米碳管線

Claims (11)

1. 一種奈米碳管結構預製體，包括：
   N個圖形化奈米碳管陣列，N大於等於2，該N個圖形化奈米碳管陣列設置在同一平面且沿一X方向間隔排列，每個圖形化奈米碳管陣列包括一基底及複數個奈米碳管垂直於所述基底的表面，每個圖形化奈米碳管陣列中的複數個奈米碳管排列成一預設圖形，該圖形為一平行四邊形，該平行四邊形具有相互平行的兩條第一邊和相互平行的兩條第二邊，所述兩條第一邊平行於所述X方向，相鄰圖形化奈米碳管陣列中的第二邊均相互平行，每個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的一個銳角頂點與相鄰的圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的一個鈍角定點相鄰且相對設置；及
   N-1個奈米碳管膜預製體，每個奈米碳管膜預製體位於相鄰的兩個圖形化奈米碳管陣列之間，每個奈米碳管膜預製體為從第N-1個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的所述銳角頂點直接拉伸出，每個奈米碳管膜預製體具有相對的第一端和第二端，該第一端與第N個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形中所述鈍角頂點相連，該第二端與第N-1個圖形化奈米碳管陣列中所述銳角頂點相連。
2. 如權利要求1所述的奈米碳管結構預製體，其中，所述奈米碳管膜預製體包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且沿所述X方向延伸。
3. 如權利要求2所述的奈米碳管結構預製體，其中，所述奈米碳管膜預製體懸空設置。
4. 如權利要求1所述的奈米碳管結構預製體，其中，所述N個圖形化奈米碳管陣列具有相同的結構及尺寸。
5. 一種奈米碳管膜的製備方法，包括以下步驟：
   提供一種如權利要求1至權利要求4中任一項所述的奈米碳管結構預製體；及
   從所述第N個圖形化奈米碳管陣列的所述銳角頂點持續拉伸獲得一奈米碳管膜，所述拉伸的方向為沿著X方向。
6. 如權利要求5所述的奈米碳管膜的製備方法，其中，所述奈米碳管結構預製體包括複數個奈米碳管相互平行且垂直於奈米碳管預製體的表面。
7. 如權利要求6所述的奈米碳管膜的製備方法，其中，利用一拉伸工具在所述銳角頂點處選定複數個奈米碳管，由於凡得瓦力作用，該複數個奈米碳管分別與其他奈米碳管首尾相連地連續被拉出。
8. 一種奈米碳管膜的製備方法，包括以下步驟：
   提供兩個奈米碳管陣列，該兩個奈米碳管陣列設置在同一平面且沿一X方向間隔排列；
   將所述兩個奈米碳管陣列進行圖形化處理，形成兩個圖形化奈米碳管陣列，並依次命名為第一圖形化奈米碳管陣列、第二圖形化奈米碳管陣列，每個圖形化奈米碳管陣列中的複數個奈米碳管排列成一預設圖形，該圖形為一平行四邊形，該平行四邊形具有相互平行的兩條第一邊和相互平行的兩條第二邊，所述兩條第一邊平行於所述X方向，相鄰圖形化奈米碳管陣列中的第二邊均相互平行，每個圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的一個銳角頂點與相鄰的圖形化奈米碳管陣列的平行四邊形的一個鈍角定點相鄰且相對設置；
   從第一圖形化奈米碳管陣列的所述銳角頂點拉伸獲得一奈米碳管膜；
   從第二圖形化奈米碳管陣列的所述銳角頂點拉伸獲得一奈米碳管膜預製體，並將該奈米碳管膜預製體搭接在第一圖形化奈米碳管陣列中所述鈍角頂點；及
   繼續拉伸所述奈米碳管膜，所述拉伸的方向始終沿著所述X方向。
9. 如權利要求8所述的奈米碳管膜的製備方法，其中，所述奈米碳管膜預製體懸空設置。
10. 如權利要求8所述的奈米碳管膜的製備方法，其中，在拉伸過程中，所述奈米碳管膜與拉伸方向垂直的截面的奈米碳管的數量不變。
11. 如權利要求8所述的奈米碳管膜的製備方法，其中，進一步包括一利用有機溶劑或機械扭轉處理所述奈米碳管膜的步驟。