TW201600456A - 奈米碳管複合線的製備方法 - Google Patents

Abstract

一種奈米碳管複合線的製備方法，包括以下步驟：提供至少一奈米碳管膜；提供一基底，在該基底上生長一石墨烯膜；將所述奈米碳管膜與所述石墨烯膜遠離基底的表面複合；除去所述基底，形成奈米碳管-石墨烯複合膜；將所述奈米碳管-石墨烯複合膜卷起來並加撚，形成奈米碳管複合線。

Description

奈米碳管複合線的製備方法

本發明涉及一種奈米碳管複合線的製備方法。

奈米碳管係一種由石墨烯片卷成的中空管狀物。奈米碳管具有優異的力學、熱學及電學性質，其應用領域非常廣闊。例如，奈米碳管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。上述技術中奈米碳管的應用主要係奈米碳管在微觀尺度上的應用，操作較困難。因此，使奈米碳管具有宏觀尺度的結構並在宏觀上應用具有重要意義。

姜開利等人於2002年成功地從一奈米碳管陣列拉取獲得一具有宏觀尺度的奈米碳管線，具體請參見文獻“Spinning Continuous Carbon Nanotube Yarns”，Nature，V419，P801。所述奈米碳管線由複數個首尾相連且基本沿同一方向擇優取向排列的奈米碳管組成。

然而，由所述製備方法所製備的奈米碳管線中奈米碳管之間的結合力較弱，因此，所述奈米碳管線的機械性能還需進一步提高。

有鑒於此，提供一種機械性能較高的奈米碳管複合線的製備方法實為必要。

一種奈米碳管複合線的製備方法，包括以下步驟：提供至少一奈米碳管膜，該至少一奈米碳管膜為自支撐結構；提供一基底，在該基底上生長一石墨烯膜；將所述至少一奈米碳管膜與所述石墨烯膜層疊設置形成一奈米碳管-石墨烯複合膜；除去所述基底；將所述奈米碳管-石墨烯複合膜卷成一卷後加撚，形成奈米碳管複合線。

與先前技術相比，本發明所提供的奈米碳管複合線的製備方法中，將奈米碳管膜與石墨烯膜複合成奈米碳管-石墨烯複合膜，並將該奈米碳管-石墨烯複合膜先卷起來再加撚，石墨烯膜中的石墨烯片在扭轉力的作用下被緊密擠壓在一起，致使首尾相連的奈米碳管的“節點”處的近鄰奈米碳管增多，相鄰奈米碳管之間的距離變小，相鄰奈米碳管之間的凡得瓦力增強，相應地，機械強度增強，從而提高了奈米碳管複合線的機械性能。

圖1為本發明實施例提供的奈米碳管複合線的製備方法的工藝流程圖。

圖2為本發明實施例提供的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。

圖3為本發明實施例提供的奈米碳管絮化膜的掃描電鏡照片。

圖4為本發明實施例提供的奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。

圖5為本發明實施例提供的另一奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。

圖6為本發明實施例提供的由複數個奈米碳管線狀結構組成的奈米碳管膜的結構示意圖。

圖7為本發明實施例提供的非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖8為本發明實施例提供的扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖9為本發明實施例提供的奈米碳管複合線的掃描電鏡照片。

圖10為本發明實施例提供的沿奈米碳管-石墨烯複合膜的一條邊將該奈米碳管-石墨烯複合膜卷起來的結構示意圖。

圖11為本發明實施例提供的沿奈米碳管-石墨烯複合膜的對角線將該奈米碳管-石墨烯複合膜卷起來的結構示意圖。

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

請參見圖1，本發明實施例提供一種奈米碳管複合線80的製備方法，包括以下步驟：

S10，提供至少一奈米碳管膜10；

S20，提供一基底20，在該基底20上生長一石墨烯膜30；

S30，將所述奈米碳管膜10與所述石墨烯膜30遠離基底20的表面貼合，形成複合結構40；

S40，除去所述基底20，形成奈米碳管-石墨烯複合膜50；

S50，將所述奈米碳管-石墨烯複合膜50卷起來並加撚，形成奈米碳管複合線80。

步驟S10中，所述奈米碳管膜10包括複數個均勻分佈的奈米碳管。該奈米碳管可以為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管中的一種或幾種。所述奈米碳管膜10中的奈米碳管之間通過凡得瓦力緊密結合。奈米碳管膜10為一自支撐的結構。該奈米碳管膜10中的奈米碳管為無序或有序排列。這裏的無序排列指奈米碳管的排列方向無規律，這裏的有序排列指至少多數奈米碳管的排列方向具有一定規律。具體地，當奈米碳管膜10包括無序排列的奈米碳管時，奈米碳管可以相互纏繞或者各向同性排列；當奈米碳管膜10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。該奈米碳管膜10的厚度不限，可以為0.5奈米至1厘米，優選地，該奈米碳管膜10的厚度可以為100微米至0.5毫米。

所述自支撐為所述奈米碳管膜10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層狀狀態，即將所述奈米碳管膜10置於（或固定於）間隔一固定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜10能夠保持自身層狀或膜狀狀態。

所述奈米碳管膜10可包括至少一層奈米碳管拉膜、奈米碳管絮化膜或奈米碳管碾壓膜。

請參見圖2，所述奈米碳管拉膜包括複數個首尾相連且沿同一方向延伸的奈米碳管。所述奈米碳管均勻分佈，且平行於奈米碳管拉膜表面。所述奈米碳管拉膜中的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，該奈米碳管拉膜具有一定的柔韌性，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。所述奈米碳管拉膜可通過直接拉伸一奈米碳管陣列獲得。

當所述奈米碳管膜10包括至少兩層重疊設置的奈米碳管拉膜時，相鄰的奈米碳管拉膜之間通過凡得瓦力緊密結合。進一步，相鄰兩層奈米碳管拉膜中的奈米碳管的延伸方向之間形成一夾角α，0≦α≦90度，具體可依據實際需求而進行調整。所述至少兩層奈米碳管拉膜交叉重疊設置時，可以提高所述奈米碳管複合線80的機械強度。本實施例中，所述奈米碳管膜10包括兩層交叉設置的奈米碳管拉膜，即該兩層奈米碳管拉膜中奈米碳管的延伸方向之間交叉的角度為90度。

請參見圖3，所述奈米碳管絮化膜為各向同性，其包括複數個無序排列且均勻分佈的奈米碳管。奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、相互纏繞。因此，奈米碳管絮化膜具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂，且具有良好的自支撐性能。該奈米碳管絮化膜為將一奈米碳管原料，如一超順排奈米碳管陣列，絮化處理而獲得。

請參見圖4和圖5，所述奈米碳管碾壓膜包括均勻分佈的奈米碳管，奈米碳管沿同一方向或不同方向擇優取向排列。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管與奈米碳管碾壓膜的表面成一夾角α，其中，α大於等於零度且小於等於15度(0≦α≦15°)。優選地，所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管平行於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。請參見圖4，奈米碳管在奈米碳管碾壓膜中可沿一固定方向擇優取向排列；請參見圖5，奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管可沿不同方向擇優取向排列。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管部分交疊。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，使奈米碳管碾壓膜具有良好的自支撐性能。所述奈米碳管碾壓膜可通過沿一定方向或不同方向碾壓一奈米碳管陣列獲得。

所述奈米碳管膜10還可以由複數個奈米碳管線狀結構組成，如圖6所示。該奈米碳管膜10包括複數個第一奈米碳管線狀結構12及複數個第二奈米碳管線狀結構14。該複數個第一奈米碳管線狀結構12與該複數個第二奈米碳管線狀結構14相互交叉設置形成一網狀結構。所述複數個第一奈米碳管線狀結構12可以相互平行，也可以不相互平行，所述複數個第二奈米碳管線狀結構14可以相互平行，也可以不相互平行。當複數個第一奈米碳管線狀結構12相互平行，且複數個第二奈米碳管線狀結構14也相互平行時，具體地，所述複數個第一奈米碳管線狀結構12的軸向均沿第一方向延伸，相鄰的第一奈米碳管線狀結構12之間的距離可以相等也可以不等。相鄰的兩個第一奈米碳管線狀結構12之間的距離不限，可以為10微米至1000微米，優選10微米至500微米。所述複數個第二奈米碳管線狀結構14彼此間隔設置且其軸向均基本沿第二方向延伸，相鄰的第二奈米碳管線狀結構14之間的距離可以相等也可以不等。相鄰的兩個第二奈米碳管線狀結構14之間的距離不限，可以為10微米至1000微米，優選 10微米至500微米。第一方向與第二方向形成一夾角α，0°<α≦90°。所述複數個第一奈米碳管線狀結構12與該複數個第二奈米碳管線狀結構14交叉設置的方式不限，可以為第一奈米碳管線狀結構12和第二奈米碳管線狀結構14相互編織形成一網狀結構，也可以為所述複數個間隔設置的第二奈米碳管線狀結構14接觸設置於所述複數個第一奈米碳管線狀結構12的同一側。其中，該複數個第二奈米碳管線狀結構14與該複數個第一奈米碳管線的接觸部可通過黏結劑固定設置，也可以通過焊接的方式固定設置。

所述第一奈米碳管線狀結構12和第二奈米碳管線狀結構14包括至少一奈米碳管線。所述奈米碳管線狀結構可以為由複數個奈米碳管組成的純結構。當第一奈米碳管線狀結構12和第二奈米碳管線狀結構14包括多根奈米碳管線時，該多根奈米碳管線可以相互平行設置，也可以相互螺旋纏繞。所述第一奈米碳管線狀結構12和第二奈米碳管線狀結構14中的多根奈米碳管線也可以通過黏結劑相互固定。

所述奈米碳管線可以為非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。請參見圖7，該非扭轉的奈米碳管線包括複數個沿奈米碳管線長度方向延伸並首尾相連的奈米碳管。所述非扭轉的奈米碳管線為採用一有機溶劑將所述奈米碳管拉膜浸潤而形成。請參見圖8，該扭轉的奈米碳管線包括複數個繞奈米碳管線的軸向螺旋排列的奈米碳管。所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將所述奈米碳管拉膜沿相反方向扭轉獲得。

步驟S20中，所述基底20為具有一定厚度的金屬薄膜，金屬材料可以為銅、鎳等。該基體的厚度為100奈米至100微米。該基體的面積不限，可以根據實際需要進行調整。比如，可以根據不同容積的反應爐，調整基體的面積。還可以將上述基底20捲曲放置於反應爐中，以提高反應爐的空間利用率，從而增大生長石墨烯膜30的面積。本實施例中，基底20的材料為銅箔，其厚度為25微米。所述基底20具有相對的第一表面22和第二表面24。

所述石墨烯的製備方法不限，本實施例中，採用化學氣相沈積法在所述基底20的第一表面22生長石墨烯膜30。具體包括以下步驟：

S21，將所述基底20放入一反應室內，高溫處理所述基底20的第一表面22；

S22，向反應室內通入碳源氣，在所述基底20的第一表面22生長石墨烯膜30；

S23，將所述基底20冷卻至室溫，取出生長有石墨烯膜30的基底20。

步驟S21中，所述反應室為生長石墨烯膜30的反應空間。該反應室為一密閉空腔，該密閉空腔具有一個進氣口及一個出氣口。所述進氣口用於通入反應氣體，如氫氣和甲烷；所述出氣口與一抽真空裝置相連通。所述抽真空裝置通過該出氣口控制反應室的真空度及氣壓。進一步地，所述反應室還可以包括一個水冷裝置，用於控制反應室中的基底20的溫度。本實施例中，所述反應室為一石英管。

所述高溫處理所述基底20的步驟具體為：將所述基底20放入反應室，並通入氫氣，氫氣的氣體流量為2sccm（標準毫升/分鐘）至35sccm；升高反應室的溫度，對所述基底20的第一表面22高溫處理約1小時。所述反應室內的溫度控制在800攝氏度至1500攝氏度。該反應室內為真空環境，該反應室內的氣壓為10^-1 至10² 帕。本實施例中，氫氣的氣體流量為2sccm，反應室內的氣壓為13.3帕，反應溫度為1000攝氏度，升溫時間為40分鐘，恒溫時間為20分鐘。所述基底20經高溫處理後，該基底20的第一表面22更平整，適宜生長石墨烯膜30。在氫氣環境中加熱，可以還原基底20的第一表面22的氧化層，同時防止進一步氧化。

步驟S22中，在保持反應室中的氫氣流量不變，並繼續通入的條件下，在高溫下通入碳源氣體，從而在基底20的第一表面22沈積碳原子，形成一石墨烯膜30。所述碳源氣可以為甲烷、乙烷、乙烯或乙炔等化合物。反應室內的溫度為800攝氏度至1500攝氏度。該反應室內為真空環境，該反應室內的氣壓為10^-1 至10² 帕。反應時的恒溫時間10分鐘至60分鐘。本實施例中，反應室內的氣壓為66.5帕，反應溫度為1000攝氏度，碳源氣為甲烷，氣體流量為25sccm，恒溫時間為30分鐘。

步驟S23中，將所述基底20冷卻至室溫需要在保持碳源氣及氫氣的通入流量不變的情況下進行。本實施例中，在冷卻過程中，向反應室內通入流量為25sccm的甲烷，流量為2sccm的氫氣，在66.5帕氣壓下，冷卻1小時。待基底20冷卻後，取出基底20，該基底20的第一表面22生長有一石墨烯膜30。

步驟S30中，將所述奈米碳管膜10與所述石墨烯膜30遠離基底20的表面貼合，形成複合結構40的步驟，可以採用機械力、有機溶劑或膠黏劑的方法實現，或者由於所述奈米碳管膜10很純淨，本身具有黏性，可以直接黏在所述石墨烯膜30遠離基底20的表面。

具體地，採用機械力將所述奈米碳管膜10與所述石墨烯膜30遠離基底20的表面貼合形成複合結構40的方法包括熱壓法和冷壓法。比如，將所述奈米碳管膜10覆蓋在石墨烯膜30遠離基底20的表面上而形成一整體結構，並將該整體結構放置於一具有軋輥的熱壓裝置，利用加熱了的金屬軋輥施加一定壓力於所述整體結構上，可以軟化所述奈米碳管膜10與所述石墨烯膜30，使得所述奈米碳管膜10與所述石墨烯膜30之間的空氣被擠壓出來，從而使得所述奈米碳管膜10與所述石墨烯膜30緊密複合在一起。

採用有機溶劑使奈米碳管膜10和石墨烯膜30複合的具體步驟為：通過試管將有機溶劑滴落在所述整體結構上，或者將所述整體結構浸入一盛有有機溶劑的容器中，然後除去有機溶劑。所述有機溶劑為揮發性有機溶劑，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。所述有機溶劑揮發後，在揮發性有機溶劑表面張力的作用下，奈米碳管膜10與石墨烯膜30之間的空氣被擠壓出來，從而使得所述奈米碳管膜10與所述石墨烯膜30緊密複合在一起。

由於所述奈米碳管膜10中相鄰奈米碳管之間存在微孔，相對於微孔而言，石墨烯膜30懸空在該微孔上。為減小有機溶劑表面張力對奈米碳管膜10中微孔上面懸空的石墨烯膜30的破壞，除去有機溶劑可以用超臨界CO₂ 的方法，具體包括以下步驟：（1）將盛有整體結構和有機溶劑的容器設置為一密閉容器，該容器有一進口管和一出口管；（2）將液態CO₂ 從進口管輸入，同時使有機溶劑從出口管抽出，使液態CO₂ 取代有機溶劑；（3）調節密閉容器的溫度和壓力，使液態CO₂ 達到超臨界狀態，即，使密閉容器的溫度和壓力超過液態CO₂ 的臨界溫度和臨界壓力。本實施例中，密閉容器的溫度為35度，密閉容器的壓力為9兆帕；（4）打開密閉容器，除去CO₂ 。

步驟S40中，可以採用溶液腐蝕法去除所述基底20。所述溶液可以根據基底20的材料進行選擇。本實施例中，所述基底20的材料為銅，所以溶液可以選擇濃硝酸。具體地，（1）配製濃硝酸溶液。（2）將步驟S30中獲得的複合結構40放入濃硝酸溶液中一段時間，濃硝酸與銅常溫下即可進行化學反應，即，濃硝酸將銅箔基底20完全腐蝕，得到由奈米碳管膜10和石墨烯膜30複合的奈米碳管-石墨烯複合膜50。所述時間與濃硝酸的濃度及基底20的大小有關。（3）為減小溶劑表面張力對奈米碳管膜10中微孔上面懸空的石墨烯膜30的破壞，用上述超臨界CO₂ 的方法除去濃硫酸溶液。另，因為石墨烯膜30表面設置有奈米碳管膜10，而奈米碳管膜10有很好的強度，當所述奈米碳管-石墨烯複合膜50從濃硫酸溶液中取出時，濃硫酸溶液的重力不會破壞石墨烯膜30的結構。

可選擇地，溶液腐蝕所述基體結束後，可以在去離子水中漂浮清洗所述奈米碳管-石墨烯複合膜50，清洗時間與奈米碳管-石墨烯複合膜50的大小及去離子水的多少有關。本實施例中，將所述奈米碳管-石墨烯複合膜50在300毫升的去離子水中漂浮清洗15分鐘，然後重新更換去離子水，再重複操作一次。

步驟S50中，將所述奈米碳管膜10和石墨烯膜30複合而成的奈米碳管-石墨烯複合膜50先卷起來再加撚的方法至少有以下三種方法：

（1）請參見圖1，將所述奈米碳管-石墨烯複合膜50固定於間隔設置的第一支撐體60和第二支撐體62上，沿同一方向同時轉動所述第一支撐體60和第二支撐體62，且轉動速度相同，所述奈米碳管-石墨烯複合膜50隨著第一支撐體60和第二支撐體62的轉動而卷起來。例如該奈米碳管-石墨烯複合膜50為一長方形，具有四條邊，依次為邊AB、邊BC、邊CD、邊DA。將奈米碳管-石墨烯複合膜50由邊AB向邊CD的方向慢慢捲曲起來，捲曲的方向始終與邊AB垂直，得到一複合初級線70。然後，使第一支撐體60停止並保持不動，同時使第二支撐體62繼續轉動，對所述複合初級線70進行加撚，最終得到奈米碳管複合線80。優選地，在捲曲奈米碳管-石墨烯複合膜50時，以邊AB始終靠近石墨烯膜30的方式進行捲曲。

可以理解，也可以使第一支撐體60和第二支撐體62沿相反的方向轉動，而對所述複合初級線70進行加撚。所述第一支撐體60和第二支撐體62轉動的圈數與奈米碳管-石墨烯複合膜50的長度有關，更進一步，所述第一支撐體60和第二支撐體62轉動的圈數與奈米碳管膜10的長度有關。當所述奈米碳管膜10的長度為1米時，該奈米碳管-石墨烯複合膜50被扭轉1000圈至1500圈。

可以理解，在扭轉的過程中，第一支撐體60和第二支撐體62仍需對所述奈米碳管-石墨烯複合膜50施加所述兩個相反的拉力，從而使軸向基本沿奈米碳管-石墨烯複合膜50的長度方向延伸的奈米碳管在繃直的情況下扭轉。當該奈米碳管繃直後，該奈米碳管之間的間隙減小，從而使形成的奈米碳管複合線80具有更高的機械強度。

本實施例中，所述第一支撐體60和第二支撐體62均由電機和針頭組成，將針頭安裝在電機上，並用間隔設置的兩個針頭將所述奈米碳管-石墨烯複合膜50沿一條邊CD挑起來，然後啟動電機，使奈米碳管-石墨烯複合膜50由邊AB向邊CD的方向慢慢捲曲起來，然後，使其中一個電機停止轉動，而另一個電機繼續轉動，對所述複合初級線70進行加撚，得到奈米碳管複合線80，如圖9所示。

（2）請參見圖10，首先，將奈米碳管-石墨烯複合膜50置於一平面上，且石墨烯膜30被奈米碳管膜10所承載。然後，將一根線狀或桿狀物體90靠近所述邊AB放置於奈米碳管-石墨烯複合膜50上，且所述線狀或桿狀物體90與邊AB平行。使邊AB將所述線狀或桿狀物體90包裹並向邊CD的方向慢慢將整個奈米碳管-石墨烯複合膜50捲曲起來，捲曲的方向始終與邊AB垂直。將所述線狀或桿狀物體90抽出，得到複合初級線70。最後，再將所述複合初級線70進行加撚，得到奈米碳管複合線80。

（3）請參見圖11，首先，將奈米碳管-石墨烯複合膜50置於一平面上，且石墨烯膜30被奈米碳管膜10所承載。然後，將一根線狀或桿狀物體90靠近所述奈米碳管-石墨烯複合膜50的一端點A放置於奈米碳管-石墨烯複合膜50上，且所述線狀或桿狀物體90與所述邊AB具有一夾角。使奈米碳管-石墨烯複合膜50包裹所述線狀或桿狀物體90，由端點A沿著奈米碳管-石墨烯複合膜50的對角線AC慢慢將整個奈米碳管-石墨烯複合膜50捲曲起來。將所述線狀或桿狀物體90抽出，得到複合初級線70。最後，再將所述複合初級線70進行加撚，得到奈米碳管複合線80。優選地，所述線狀或桿狀物體90與所述邊AB之間的夾角為45度。

當所述奈米碳管膜10為交叉重疊設置的多層奈米碳管拉膜時，沿所述奈米碳管-石墨烯複合膜50的對角線方向卷起來再加撚的方法得到的奈米碳管複合線80的機械強度更高，這係因為相鄰奈米碳管拉膜中奈米碳管的延伸方向呈90度角，沿所述奈米碳管-石墨烯複合膜50的對角線方向卷起來再加撚的過程中，每一層奈米碳管拉膜中的奈米碳管均對所述奈米碳管複合線80的機械強度做出了貢獻。

可以理解，所述奈米碳管-石墨烯複合膜50可以由複數個奈米碳管膜10和複數個石墨烯膜30交叉重疊設置形成。具體地，將第一奈米碳管膜10與第一石墨烯膜30遠離第一基底20的表面貼合，利用溶液腐蝕法去掉該第一基底20後，再將該第一奈米碳管膜10遠離所述第一石墨烯膜30的表面與一第二石墨烯膜30遠離第二基底20的表面貼合，除去該第二基底20，如此重複操作，形成由複數個奈米碳管膜10和複數個石墨烯膜30交叉重疊設置的奈米碳管-石墨烯複合膜50。

可以理解，先將所述奈米碳管-石墨烯複合膜50卷成一圓筒型結構，然後將該圓筒型結構的兩端分別沿相反的方向轉動（即加撚），得到所述奈米碳管複合線80。所述複合初級線70經過加撚後機械強度會提高，其原因在於，加撚後，首尾相連的奈米碳管的“節點”處的近鄰奈米碳管增多，相鄰奈米碳管之間的距離變小，相鄰奈米碳管之間的凡得瓦力增強，相應地，機械強度增強。

捲曲所述奈米碳管-石墨烯複合膜50並對該奈米碳管-石墨烯複合膜50加撚的過程中，石墨烯膜30中的石墨烯片在扭轉力的作用下被緊密擠壓在一起，使奈米碳管膜10中首尾相連的相鄰奈米碳管之間的“節點”處的機械強度增強，從而提高了奈米碳管複合線80的機械性能。

所述奈米碳管複合線80包括複數個奈米碳管和複數個石墨烯片，所述複數個奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連，且該複數個奈米碳管連續地繞所述奈米碳管複合線80的軸向螺旋狀排列，複數個石墨烯片分散於奈米碳管複合線80中，且複數個石墨烯片緊密連接在一起。

當所述至少一奈米碳管膜10為兩層交叉重疊設置的奈米碳管膜10，所述石墨烯膜30的層數為1層至5層時，所獲得的奈米碳管複合線80具有良好的機械性能，同時具有較輕的重量。

本發明提供的奈米碳管複合線的製備方法具有以下優點：將奈米碳管膜與石墨烯膜複合成奈米碳管-石墨烯複合膜，並將該奈米碳管-石墨烯複合膜先卷起來再加撚，石墨烯膜中的石墨烯片在扭轉力的作用下被緊密擠壓在一起，致使首尾相連的奈米碳管的“節點”處的近鄰奈米碳管增多，相鄰奈米碳管之間的距離變小，相鄰奈米碳管之間的凡得瓦力增強，相應地，機械強度增強，從而提高了奈米碳管複合線的機械性能。

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‧‧‧奈米碳管膜

12‧‧‧第一奈米碳管線狀結構

14‧‧‧第二奈米碳管線狀結構

20‧‧‧基底

22‧‧‧第一表面

24‧‧‧第二表面

30‧‧‧石墨烯膜

40‧‧‧複合結構

50‧‧‧奈米碳管-石墨烯複合膜

60‧‧‧第一支撐體

62‧‧‧第二支撐體

70‧‧‧複合初級線

80‧‧‧奈米碳管複合線

90‧‧‧桿狀物體

無

10‧‧‧奈米碳管膜

20‧‧‧基底

30‧‧‧石墨烯膜

40‧‧‧複合結構

50‧‧‧奈米碳管-石墨烯複合膜

60‧‧‧第一支撐體

62‧‧‧第二支撐體

Claims (10)

1. 一種奈米碳管複合線的製備方法，包括以下步驟：
   提供至少一奈米碳管膜，該至少一奈米碳管膜為自支撐結構；
   提供一基底，在該基底上生長一石墨烯膜；
   將所述至少一奈米碳管膜與所述石墨烯膜貼合形成一奈米碳管-石墨烯複合膜；
   除去所述基底；及
   將所述奈米碳管-石墨烯複合膜卷成一卷後加撚，形成奈米碳管複合線。
2. 如請求項1所述的奈米碳管複合線的製備方法，其中，所述奈米碳管膜包括複數個首尾相連且沿同一方向延伸的奈米碳管，該奈米碳管平行於奈米碳管膜的表面。
3. 如請求項1所述的奈米碳管複合線的製備方法，其中，所述奈米碳管膜包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管相互纏繞或者各向同性排列。
4. 如請求項1所述的奈米碳管複合線的製備方法，其中，所述奈米碳管膜包括複數個奈米碳管線狀結構，該複數個奈米碳管線狀結構相互編織成網狀結構，所述奈米碳管線狀結構由非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線組成。
5. 如請求項1所述的奈米碳管複合線的製備方法，其中，將所述至少一奈米碳管膜與所述石墨烯膜貼合的步驟具體包括：將所述至少一奈米碳管膜覆蓋在石墨烯膜遠離基底的表面；及利用加熱的金屬軋輥施加壓力於所述至少一奈米碳管膜，使所述至少一奈米碳管膜與所述石墨烯膜複合形成所述奈米碳管-石墨烯複合膜。
6. 如請求項1所述的奈米碳管複合線的製備方法，其中，將所述至少一奈米碳管膜與所述石墨烯膜貼合的步驟具體包括：將所述至少一奈米碳管膜覆蓋在石墨烯膜遠離基底的表面；採用有機溶劑處理所述至少有一奈米碳管膜，利用有機溶劑揮發時的表面張力的作用，使所述奈米碳管膜與所述石墨烯膜複合形成所述奈米碳管-石墨烯複合膜；及採用超臨界CO₂ 的方法除去所述有機溶劑。
7. 如請求項1所述的奈米碳管複合線的製備方法，其中，將所述奈米碳管-石墨烯複合膜卷成一卷後加撚的步驟具體包括：將所述奈米碳管-石墨烯卷成一圓筒型結構；及將該圓筒形結構的兩端分別沿相反的方向轉動。
8. 如請求項1所述的奈米碳管複合線的製備方法，其中，所述基底為銅箔，利用溶液腐蝕的方法除去所述基底，所述溶液為濃硝酸。
9. 如請求項1所述的奈米碳管複合線的製備方法，其中，所述奈米碳管-石墨烯複合膜由複數個奈米碳管膜和複數個石墨烯膜交叉重疊設置形成。
10. 如請求項1所述的奈米碳管複合線的製備方法，其中，所述至少一奈米碳管膜為兩層交叉重疊設置的奈米碳管膜，所述石墨烯膜的層數為1層至5層。