TWI534079B - 奈米碳管複合結構 - Google Patents

Description

奈米碳管複合結構

本發明涉及一種奈米碳管複合結構。

奈米碳管係一種由石墨烯片卷成之中空管狀物。奈米碳管具有優異之力學、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、奈米模板等。上述技術中奈米碳管之應用主要係奈米碳管在微觀尺度上之應用，操作較困難。故，使奈米碳管具有宏觀尺度之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之奈米碳管線，具有請參見文獻“Spinning Continuous Carbon Nanotube Yarns”，Nature，V419，P801。所述奈米碳管線由複數首尾相連且基本沿同一方向擇優取向排列之奈米碳管組成。

然，所述奈米碳管線中之奈米碳管之間之結合力較弱，故，所述奈米碳管線之機械性能還需進一步提高。

有鑒於此，提供一種具有良好機械性能之奈米碳管複合結構實為必要。

一種奈米碳管複合結構，其包括一奈米碳管膜結構及一石墨結構。所述奈米碳管膜結構具有複數微孔，所述石墨結構與所述奈米碳管膜結構複合。所述石墨結構包括複數石墨片段填充在所述複數微孔中。

一種奈米碳管複合結構，其包括一奈米碳管膜結構，所述奈米碳管膜結構具有複數微孔。所述奈米碳管複合結構進一步包括複數石墨片段填充在所述複數微孔中。該石墨片段通過碳碳鍵與所述奈米碳管膜結構結合，相鄰的石墨片段通過碳碳鍵結合。

相較於先前技術，所述奈米碳管複合結構在所述奈米碳管膜結構填充有複數石墨片段，所述複數石墨片段與所述奈米碳管膜結構複合後能夠增強該奈米碳管結構中奈米碳管之間的結合力，從而使所述奈米碳管複合結構的具有優異的機械性能。

圖1為一奈米碳管絮化膜之掃描電鏡照片。

圖2為一奈米碳管碾壓膜之掃描電鏡照片。

圖3為一奈米碳管拉膜之掃描電鏡照片。

圖4為一奈米碳管交叉膜之掃描電鏡照片。

圖5為一非扭轉之奈米碳管線之掃描電鏡照片。

圖6為一扭轉之奈米碳管線之掃描電鏡照片。

以下將結合附圖對本發明作進一步詳細之說明。

本發明實施例提供一奈米碳管複合結構之製備方法，其具體包括 如下步驟：步驟S10，提供一奈米碳管結構，所述奈米碳管結構包括複數奈米碳管通過凡得瓦力(Van der Waals attractive force)連接；步驟S20，所述奈米碳管結構中複合一聚合物；以及步驟S30，石墨化複合有聚合物之奈米碳管結構，使所述聚合物石墨化為一石墨結構。

在步驟S10中，所述奈米碳管結構為由複數奈米碳管通過凡得瓦力彼此相連構成之一奈米碳管骨架，所述奈米碳管骨架可為膜狀結構、線狀結構或者其他形狀之結構。所述奈米碳管結構為一奈米碳管自支撐結構，所謂“自支撐”即該奈米碳管結構無需通過設置於一基體表面，即邊緣或者相對端部提供支撐而其未得到支撐之其他部分能保持自身特定之形狀。由於該自支撐之奈米碳管結構中大量之奈米碳管通過凡得瓦力相互吸引，從而使該奈米碳管結構具有特定之形狀，形成一自支撐結構。通常，所述自支撐之奈米碳管結構中距離在0.2奈米到9奈米之間之奈米碳管之數量較多，這部分奈米碳管之間具有較大之凡得瓦力，從而使得所述奈米碳管結構僅通過凡得瓦力即可形成自支撐結構。

所述奈米碳管結構可包括一奈米碳管膜結構，所述奈米碳管膜結構為一具有複數微孔之膜狀結構。所述微孔由複數奈米碳管通過凡得瓦力相互連接而形成，形成所述微孔之奈米碳管可處於同一平面，也可處於不同平面。該微孔之尺寸在1奈米到500奈米之間。所述奈米碳管膜結構之結構不限，僅能形成複數上述微孔即可。優選地，所述奈米碳管膜結構可為一自支撐結構，從而該奈米 碳管膜結構可作為所述奈米碳管複合結構之骨架。所謂“自支撐”即該奈米碳管膜結構無需通過設置於一基體表面，也能保持自身特定之形狀。由於該自支撐之奈米碳管膜結構包括大量之奈米碳管通過凡得瓦力相互吸引，從而使該奈米碳管膜結構具有特定之形狀，形成一自支撐結構。

所述奈米碳管膜結構可包括至少一奈米碳管膜，當所述奈米碳管膜結構包括複數奈米碳管膜時，該複數奈米碳管膜層疊設置，相鄰之奈米碳管膜之間通過凡得瓦力相結合。

請參閱圖1，所述奈米碳管膜可為一奈米碳管絮化膜，該奈米碳管絮化膜為將一奈米碳管原料，如一超順排陣列，絮化處理獲得之一自支撐之奈米碳管膜。該奈米碳管絮化膜包括相互纏繞且均勻分佈之奈米碳管。奈米碳管之長度大於10微米，優選為200微米到900微米，從而使奈米碳管相互纏繞在一起。所述奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、分佈，形成網路狀結構。由於該自支撐之奈米碳管絮化膜中大量之奈米碳管通過凡得瓦力相互吸引並相互纏繞，從而使該奈米碳管絮化膜具有特定之形狀，形成一自支撐結構。所述奈米碳管絮化膜各向同性。所述奈米碳管絮化膜中之奈米碳管為均勻分佈，無規則排列，形成大量尺寸在1奈米到500奈米之間之間隙或微孔。所述奈米碳管絮化膜之面積及厚度均不限，厚度大致在0.5奈米到100微米之間。

所述奈米碳管膜可為一奈米碳管碾壓膜，該奈米碳管碾壓膜為通過碾壓一奈米碳管陣列獲得之一種具有自支撐性之奈米碳管膜。該奈米碳管碾壓膜包括均勻分佈之奈米碳管，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之奈米碳管 相互部分交疊，並通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使得該奈米碳管膜具有很好之柔韌性，可彎曲折疊成任意形狀而不破裂。且由於奈米碳管碾壓膜中之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之結構。所述奈米碳管碾壓膜中之奈米碳管與形成奈米碳管陣列之生長基底之表面形成一夾角β，其中，β大於等於0度且小於等於15度，該夾角β與施加在奈米碳管陣列上之壓力有關，壓力越大，該夾角越小，優選地，該奈米碳管碾壓膜中之奈米碳管平行於該生長基底排列。該奈米碳管碾壓膜為通過碾壓一奈米碳管陣列獲得，依據碾壓之方式不同，該奈米碳管碾壓膜中之奈米碳管具有不同之排列形式。具體地，奈米碳管可無序排列；請參閱圖2，當沿不同方向碾壓時，奈米碳管沿不同方向擇優取向排列；當沿同一方向碾壓時，奈米碳管沿一固定方向擇優取向排列。該奈米碳管碾壓膜中奈米碳管之長度大於50微米。該奈米碳管碾壓膜之面積與奈米碳管陣列之尺寸基本相同。該奈米碳管碾壓膜厚度與奈米碳管陣列之高度以及碾壓之壓力有關，可為0.5奈米到100微米之間。可以理解，奈米碳管陣列之高度越大而施加之壓力越小，則製備之奈米碳管碾壓膜之厚度越大；反之，奈米碳管陣列之高度越小而施加之壓力越大，則製備之奈米碳管碾壓膜之厚度越小。所述奈米碳管碾壓膜之中之相鄰之奈米碳管之間具有一定間隙，從而在奈米碳管碾壓膜中形成複數尺寸在1奈米到500奈米之間之間隙或微孔。

所述奈米碳管膜可為一奈米碳管拉膜，且此時所述奈米碳管膜結構至少包括兩層奈米碳管拉膜。請參見圖3，所述形成之奈米碳管拉膜係由若干奈米碳管組成之自支撐結構。所述若干奈米碳管 為沿該奈米碳管拉膜之長度方向擇優取向排列。所述擇優取向係指在奈米碳管拉膜中大多數奈米碳管之整體延伸方向基本朝同一方向。且，所述大多數奈米碳管之整體延伸方向基本平行於奈米碳管拉膜之表面。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之大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰之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在少數偏離該延伸方向之奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管拉膜中大多數奈米碳管之整體取向排列構成明顯影響。所述自支撐為奈米碳管拉膜不需要大面積之載體支撐，而僅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，即將該奈米碳管拉膜置於(或固定於)間隔一定距離設置之兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間之奈米碳管拉膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管拉膜中存在連續之通過凡得瓦力首尾相連延伸排列之奈米碳管而實現。具體地，所述奈米碳管拉膜中基本朝同一方向延伸之多數奈米碳管，並非絕對之直線狀，可適當之彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可適當之偏離延伸方向。故，不能排除奈米碳管拉膜之基本朝同一方向延伸之多數奈米碳管中並列之奈米碳管之間可能存在部分接觸。

具體地，該奈米碳管拉膜包括複數連續且定向排列之奈米碳管片段。該複數奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段由複數相互平行之奈米碳管組成。該奈米碳管片段具有任意之長度、厚度、均勻性及形狀。該奈米碳管拉膜具有較好之透光性，可見光透過率可達到75%以上。

當所述奈米碳管膜結構包括多層奈米碳管拉膜時，相鄰兩層奈米碳管拉膜中之擇優取向排列之奈米碳管之間形成一交叉角度α，α大於等於0度小於等於90度(0°≦α≦90°)。請參閱圖4，優選地，為提高所述奈米碳管膜之強度，所述交叉角度α大致為90度，即相鄰兩層奈米碳管拉膜中之奈米碳管之排列方向基本垂直，形成一交叉膜。所述複數奈米碳管拉膜之間或一個奈米碳管拉膜之中之相鄰之奈米碳管之間具有一定間隙，從而在奈米碳管結構中形成複數均勻分佈，無規則排列，尺寸在1奈米到500奈米之間之間隙或微孔。

所述奈米碳管結構可包括至少一奈米碳管線結構，當所述奈米碳管結構包括複數奈米碳管線結構時，所述複數奈米碳管線可相互平行、纏繞或編織設置。所述奈米碳管線結構包括至少一奈米碳管線，所述奈米碳管線包括複數奈米碳管通過凡得瓦力相互連接且基本沿所述奈米碳管線之軸向延伸。當所述奈米碳管線結構包括複數奈米碳管線時，所述複數奈米碳管線可相互平行或纏繞設置。所述奈米碳管線之結構不限，優選地，所述奈米碳管線為一自支撐結構。所謂“自支撐”即該奈米碳管線無需通過設置於一基體表面，也能保持自身特定之形狀。由於該自支撐之奈米碳管線中大量之奈米碳管通過凡得瓦力相互吸引，從而使該奈米碳管線結構具有特定之形狀，形成一自支撐結構。通常，所述奈米碳管線中之奈米碳管之間具有較大之凡得瓦力，從而使得所述奈米碳管膜結構僅通過凡得瓦力即可形成所述自支撐結構。當所述奈米碳管線結構包括複數奈米碳管線時，所述複數奈米碳管線可相互平行或纏繞設置，相鄰之間之奈米碳管線同過凡得瓦力連接。

所述奈米碳管線可為將一奈米碳管拉膜經過處理形成之線結構，所述奈米碳管拉膜之處理方法包括用揮發性有機溶劑浸潤處理或機械扭轉處理。所述揮發性有機溶劑浸潤處理可通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管拉膜表面浸潤整個奈米碳管拉膜，或者，也可將上述形成有奈米碳管拉膜之固定框架整個浸入盛有有機溶劑之容器中浸潤。該揮發性有機溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。所述有機溶劑在揮發時產生之張力使所述奈米碳管拉膜收縮形成所述奈米碳管線。請參閱圖5，通過揮發性有機溶劑浸潤處理所得到之奈米碳管線為一非扭轉之奈米碳管線，該非扭轉之奈米碳管線包括複數沿奈米碳管線長度方向排列之奈米碳管。具體地，該非扭轉之奈米碳管線包括複數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且沿奈米碳管線軸向擇優取向排列。所述機械扭轉處理可通過採用一機械力將所述奈米碳管拉膜兩端沿相反方向扭轉。請參閱圖6，通過機械扭轉處理而得到之奈米碳管線為一扭轉之奈米碳管線，該扭轉之奈米碳管線包括複數繞奈米碳管線軸向螺旋排列之奈米碳管。具體地，該扭轉之奈米碳管線包括複數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且沿奈米碳管線軸向呈螺旋狀延伸。可以理解，也可對獲得之奈米碳管拉膜同時或者依次進行有機溶劑揮發性有機溶劑浸潤處理或機械扭轉處理來獲得所述扭轉之奈米碳管線。

在步驟S20中，所述奈米碳管結構中複合所述聚合物之方法不限，僅能夠使所述聚合物與所述奈米碳管結構中之複數奈米碳管複合，並在所述複數奈米碳管與聚合物之間形成複數共價鍵即可。具體地，使所述奈米碳管結構複合有聚合物之方法可進一步包括如下步驟：S21，將所述奈米碳管結構浸潤在一聚合物溶液中以 與所述聚合物複合。

在步驟S21中，所述聚合物溶液可通過將所述聚合物直接熔融或將所述聚合物溶解於一溶劑而得到。在本實施例中，所述聚合物溶液通過將該聚合物溶解於一有機溶劑而得到。所述聚合物之種類與性質不限，可根據實際需求而選擇。所述聚合物可包括聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚氯乙烯(Polyvinylchlorid,PVC)及聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)中之任意一種或任意組合。所述聚合物之聚合度也可根據實際操作而選擇。優選地，所述聚合物之聚合度在1500到3500之間，從而使得所述聚合物既可被溶解，又可與奈米碳管又保持一定之浸潤性。所述聚合物溶液中之聚合物之品質百分比根據聚合物及有機溶劑之不同而不同，通常，所述聚合物溶液中之聚合物之品質百分比大致在1%到9%之間。所述有機溶劑用於溶解所述聚合物，並能夠與所述奈米碳管浸潤，從而能夠使所述聚合物充分複合到所述奈米碳管結構中甚至複合到所述奈米碳管結構中之奈米碳管內部。優選地，所述有機溶劑在能能溶解所述聚合物之同時，還具有較大之表面張力。具體地，可選擇表面張力大於20毫牛每米且對奈米碳管之接觸角小於90度之有機溶劑。所述有機溶劑可包括二甲基亞碸(Dimethyl Sulphoxide,DMSO)、二甲基甲醯胺(Dimethyl Formamide,DMF)、2,5-二甲基呋喃(2,5-dimethyl furan)及N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone,NMP)中之任意一種或組合。由於所述有機溶劑之溶解能力根據聚合物之不同而不同，故，所述有機溶劑之選擇還需根據具體之聚合物而選 擇。譬如，當所述聚合物為聚乙烯醇時，所述有機溶劑可選擇二甲基亞碸。所述二甲基亞碸之表面張力大致為43.54毫牛每米且對奈米碳管之接觸角大致為110度。所述有機溶劑對奈米碳管之接觸角越小，所述聚合物對所述奈米碳管結構之浸潤性越好，所述聚合物與所述奈米碳管結構結合越緊密。所述有機溶劑之表面張力越大，所述聚合物對所述奈米碳管結構之浸潤性越好，使所述奈米碳管結構收縮之能力越強，所述聚合物與所述奈米碳管結構結合越緊密。

當所述奈米碳管結構為奈米碳管膜結構時，所述聚合物溶液浸潤所述奈米碳管膜結構後，部分聚合物溶液將滲透到所述奈米碳管膜結構之微孔中並與所述奈米碳管膜結構中之奈米碳管接觸。所述聚合物溶液中之有機溶劑蒸發後，其中之聚合物將與所述奈米碳管接觸緊密接觸並形成共價鍵。且，當所述聚合物溶液填滿所述微孔後，還可在所述奈米碳管膜結構相對之兩個表面形成兩層聚合物溶液層。所述聚合物溶液層中之有機溶劑蒸發後，兩層聚合物層將形成在所述兩個表面並將所述奈米碳管膜結構夾持其中，形成一層狀結構。

當所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管線結構時，所述聚合物溶液滲透在所述奈米碳管線結構中之間隙中，並與該奈米碳管線結構中之奈米碳管浸潤。所述聚合物溶液中之有機溶劑蒸發後，所述聚合物溶液中之聚合物將纏繞或包覆所述奈米碳管線結構中首尾相連之奈米碳管形成複數聚合物纖維，或填滿所述奈米碳管線結構中之間隙，形成一個整體之聚合物結構。

在步驟S20中，也可通過原位聚合之方式使所述奈米碳管結構複 合有聚合物。具體地，使所述奈米碳管結構複合有聚合物之方法可進一步包括如下步驟：S121，將所述奈米碳管結構浸潤在一聚合物單體溶液中；以及S122，使該聚合物單體產生聚合反應，該聚合物單體聚合反應後成為聚合物與所述奈米碳管結構複合。

在步驟S121及S122中，所述聚合物單體可包括丙烯腈、乙烯醇、丙烯、苯乙烯、氯乙烯或對苯二甲酸乙二酯。所述聚合物單體經過聚合後生成聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯或聚對苯二甲酸乙二酯。

聚合物單體在同一有機溶劑中之溶解度要大於該聚合物單體對應之聚合物在該有機溶劑中之溶解度。故，通過原位聚合之方式使所述奈米碳管結構複合有聚合物之方法，相對於將奈米碳管結構直接浸潤在所述聚合物溶液中使所述聚合物與所述奈米碳管結構複合之方法，能夠使所述聚合物之選擇範圍更廣。

在步驟S30中，所述石墨化之方法不限，僅能夠使複合在奈米碳管結構之聚合物形成石墨結構，且不破壞所述奈米碳管結構即可。具體之，所述石墨化之方法可包括如下步驟：S31，將所述複合有聚合物之奈米碳管結構在空氣中加熱使所述聚合物進行預氧化；以及S32，將預氧化後之聚合物放置於一真空環境或惰性氣體環境高溫石墨化。

在步驟S31中，所述預氧化之溫度大致在200度到300度之間。

在步驟S32中，所述真空環境或惰性氣體環境用於獲得低氧或絕氧環境，從而使得所述奈米碳管結構在高溫時不被氧化。當選擇 真空環境時，所述真空環境中之大氣壓小於5*10^-2帕，優選地，所述真空環境中之大氣壓小於5*10^-5帕。當選擇惰性氣體環境時，所述惰性氣體包括氬氣、氮氣等。

所述複合在奈米碳管結構中之聚合物在石墨化過程中去掉大部分之氮、氫及氧，形成所述石墨結構。且在石墨化過程中石墨結構與奈米碳管結構之間形成有複數碳碳鍵，使所述石墨結構與奈米碳管結構複合形成所述奈米碳管複合結構。所述碳碳鍵既可通過碳化所述共價鍵而形成，也可通過在高溫時使石墨結構中之碳原子與奈米碳管結構中之碳原子晶格重組時而形成。所述碳碳鍵包括在碳-碳原子間形成之sp²或sp³鍵。具體地，所述碳碳鍵包括在碳-碳原子間形成之sp²或sp³鍵。在奈米碳管複合結構中，由於所述奈米碳管結構為一自支撐結構，該奈米碳管結構為由複數奈米碳管通過凡得瓦力相互連接形成之奈米碳管骨架，而所述石墨結構則填充在該奈米碳管骨架中，且通過碳碳鍵及凡得瓦力與所述奈米碳管骨架緊密結合。

所述石墨結構之具體形態與石墨化時之具體工藝有關。譬如，高溫石墨化之溫度通常在2000度以上，為達到不同之石墨化效果，加熱到所述溫度之時間可根據實際需要而選擇。當加熱速度較快時，所述聚合物容易石墨化為石墨片段。所述石墨片段包括至少一石墨烯(Graphene)，當所述石墨片段包括複數石墨烯時，所述複數石墨烯之間通過碳碳鍵結合。所述碳碳鍵包括在碳-碳原子間形成之sp2或sp3鍵。具體地，所述碳碳鍵包括在碳-碳原子間形成之sp2或sp3鍵。當加熱速度較緩慢時，所述聚合物容易石墨化為石墨纖維。所述石墨纖維為所述聚合物纖維去掉大部分之 氮、氫及氧而形成。所述石墨纖維又稱高模量碳纖維，該石墨纖維為分子結構已石墨化、含碳量在99%以上具有層狀六方晶格石墨結構之纖維。

所述石墨結構之具體形態還與所述奈米碳管結構之結構有關。當所述奈米碳管結構包括複數微孔時，所述聚合物容易石墨化為複數石墨片段。當所述奈米碳管結構包括複數首尾相連且基本沿同一方向延伸之複數奈米碳管時，所述聚合物容易石墨化為複數石墨纖維。

具體地，當所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜結構時，填充在所述奈米碳管膜結構微孔中之聚合物被石墨化為石墨片段。相鄰之石墨片段之間通過碳碳結合從而形成所述石墨結構。填充在所述奈米碳管膜結構之微孔中之石墨片段並不一定能完全填滿所述微孔，通常，所述複數石墨片段附著在奈米碳管之管壁上或包覆於奈米碳管之部分表面，且通過碳碳鍵與所述奈米碳管結合。即，由所述奈米碳管膜結構與石墨結構複合形成之奈米碳管複合結構基本由奈米碳管與石墨片段組成，所述奈米碳管與所述石墨片段通過碳碳鍵及凡得瓦力結合。

當所述奈米碳管膜結構相對之兩個表面具有兩層聚合物層時，所述聚合物層在石墨化後在該奈米碳管膜結構兩側形成兩層石墨層，從而形成一具有層狀結構之奈米碳管複合結構。且，填充在所述奈米碳管膜結構兩側之石墨片段與分佈在該奈米碳管膜結構兩側之石墨片段通過碳碳鍵結合形成一整體結構。此時，所述奈米碳管膜結構可被所述石墨結構完全包覆，複合在所述石墨結構之內部。故，從宏觀上看，所述石墨結構為一海綿狀結構，且將所 述奈米碳管膜結構包埋其中。或者說，該複數奈米碳管以自支撐之奈米碳管膜結構之形式設置於該石墨結構中，且所述石墨結構與所述複數奈米碳管通過凡得瓦力及碳碳鍵相結合。

所述奈米碳管複合結構包括由複數奈米碳管形成之奈米碳管膜結構及填充在該奈米碳管膜結構中之複數石墨片段。所述複數奈米碳管之間除了用凡得瓦力結合之外，還可通過所述石墨片段緊密結合，從而增加了所述複數奈米碳管之間之結合力，提高了所述奈米碳管複合結構之機械性能。而所述石墨片段與所述奈米碳管結構具有較小之密度且均為碳素材料，故，由複數石墨片段與複數奈米碳管複合形成之奈米碳管複合結構具有密度小、耐腐蝕、耐潮等優點。

當所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管線結構時，所述聚合物既可通過石墨化為複數石墨片段，又可石墨化為複數石墨纖維。具體地，如果在石墨化之方法中，通過快速加熱之方式進行石墨化，所述聚合物將被石墨化為複數石墨片段。所述石墨片段與所述奈米碳管線結構通過碳碳鍵結合形成奈米碳管複合結構。而如果在石墨化之方法中，通過緩慢加熱之方式進行石墨化，則所述聚合物將被石墨化為複數石墨纖維。所述石墨纖維與所述奈米碳管通過凡得瓦力及碳碳鍵結合。所述石墨纖維結構中之複數石墨纖維之間通過碳碳鍵或凡得瓦力相互結合，並形成一個整體結構。

在同一奈米碳管線中之複數奈米碳管基本沿奈米碳管線之軸向延伸，故，纏繞或包覆所述複數奈米碳管之石墨纖維也基本沿所述奈米碳管線之軸向延伸。具體地，當所述奈米碳管線中之複數奈 米碳管通過凡得瓦力首尾相連且基本沿奈米碳管線軸向呈螺旋狀延伸，則所述石墨纖維也基本沿奈米碳管線軸向呈螺旋狀延伸。當所述奈米碳管線中之複數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且沿奈米碳管線軸向擇優取向排列，則所述石墨纖維也基本沿所述奈米碳管線軸向擇優取向排列。在同一奈米碳管線或奈米碳管線結構中之石墨纖維即可通過凡得瓦力結合也可通過碳碳鍵結合，優選地，在同一奈米碳管線中之石墨纖維通過碳碳鍵結合。

所述奈米碳管複合結構也可看作由石墨纖維及奈米碳管兩種碳素材料複合而成。具體地，所述奈米碳管複合結構可包括複數石墨纖維，每一石墨纖維均包覆或纏繞有複數首尾相連之奈米碳管。所述複數奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且沿該石墨纖維軸向延伸。所述複數石墨纖維可相互平行、纏繞或編織設置。所述複數石墨纖維之間可通過凡得瓦力或碳碳鍵結合形成所述石墨纖維結構。

所述奈米碳管複合結構包括由複數奈米碳管形成之奈米碳管線結構及分佈在該奈米碳管線結構中之石墨纖維。所述複數奈米碳管之間除了用凡得瓦力結合之外，還可通過所述石墨纖維緊密結合，從而增加了所述複數奈米碳管之間之結合力，提高了所述奈米碳管複合結構之機械性能，尤其能提高沿所述奈米碳管線結構軸向方向之機械性能。而所述石墨纖維與所述奈米碳管結構具有較小之密度且均為碳素材料，故，由複數石墨纖維與複數奈米碳管複合形成之奈米碳管複合結構具有密度小、耐腐蝕、耐潮等優點。

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 (13)

1. 一種奈米碳管複合結構，其包括一奈米碳管膜結構，所述奈米碳管膜結構具有複數微孔，其改進在於，所述複數微孔之尺寸均在1奈米到500奈米之間，所述奈米碳管複合結構進一步包括一石墨結構與所述奈米碳管膜結構複合，所述石墨結構包括複數石墨片段填充在所述複數微孔中，所述複數石墨片段至少部分填滿所述複數微孔，所述複數石墨片段包括複數石墨烯，所述複數石墨烯之間通過碳碳鍵結合。
2. 如請求項第1項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述微孔由複數奈米碳管通過凡得瓦力相互連接而形成。
3. 如請求項第1項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述奈米碳管膜結構包括通過凡得瓦力相互連接之複數奈米碳管，所述奈米碳管膜結構為一自支撐結構。
4. 如請求項第1項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述奈米碳管膜結構包括至少一奈米碳管膜，該奈米碳管膜包括複數奈米碳管通過凡得瓦力連接。
5. 如請求項第4項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述奈米碳管膜結構包括複數奈米碳管膜層疊設置，相鄰之奈米碳管膜之中之石墨片段通過碳碳鍵連接。
6. 如請求項第4項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述奈米碳管膜中之複數奈米碳管基本相互平行且基本平行於該奈米碳管膜表面。
7. 如請求項第4項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述複數 奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連且基本沿同一方向擇優取向排列。
8. 如請求項第3項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述奈米碳管與所述石墨片段通過碳碳鍵及凡得瓦力相結合。
9. 如請求項第3項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述複數石墨碳片段分佈在該奈米碳管之管壁上或包覆于奈米碳管之部分表面。
10. 如請求項第1項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述石墨片段之間通過碳碳鍵結合。
11. 如請求項第1項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述石墨結構進一步包括複數石墨片段附著在該奈米碳管膜結構兩側之表面，形成石墨層。
12. 如請求項第11項所述之奈米碳管複合結構，其中，所述填充在微孔中之石墨片段與所述石墨層通過碳碳鍵結合形成一網狀結構。
13. 一種奈米碳管複合結構，其包括一奈米碳管膜結構，所述奈米碳管膜結構具有複數微孔，其改進在於，所述複數微孔之尺寸均在1奈米到500奈米之間，所述奈米碳管複合結構進一步包括複數石墨片段填充在所述複數微孔中，所述複數石墨片段至少部分填滿所述複數微孔，該石墨片段通過碳碳鍵與所述奈米碳管膜結構結合，相鄰之石墨片段通過碳碳鍵結合，該石墨片段包括複數石墨烯，所述複數石墨烯之間通過碳碳鍵結合。