TWI608994B

TWI608994B - 碳纖維膜

Info

Publication number: TWI608994B
Application number: TW103126775A
Authority: TW
Inventors: 姜開利; 王佳平; 范守善; 林曉陽; 柳鵬
Original assignee: 鴻海精密工業股份有限公司
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2017-12-21
Also published as: US20160023908A1; CN105271165A; US9708189B2; TW201604130A; CN105271165B

Description

碳纖維膜

本發明涉及一種碳纖維膜。

碳纖維在航空航太、機械製造、建材等行業得到廣泛應用。現代工業對碳纖維的需求量進一步增加，對其性能也提成了更高的要求。但現行碳纖維生產工藝複雜、品質受原料制約、高品質碳纖維原料價格昂貴，因而限制了碳纖維的進一步發展。新型碳纖維的研究和開發勢在必行。氣相生長碳纖維係近年來的活躍領域。

氣相生長碳纖維(Vapor Grown Carbon Fibers,VGCFs)具有較高的比強度、比模量和結晶取向度，而且具有良好的導電、導熱等性能，有著一般有機系碳纖維所達不到的性能和用途。氣相生長碳纖維一般通過催化裂解烴類化合物，氣相沈積在過渡金屬如鐵、鈷、鎳和其合金的超細微粒上而形成。氣相生長碳纖維主要的製備方法係基體法。基體法係高溫下把烴類和氫的混合氣送入熱解爐反應管中，管中預先放置了噴塗有催化劑金屬顆粒的基板，CVD過程中基板上析出碳纖維。然而，所述碳纖維為一維結構，無法形成二維膜狀，限制了碳纖維的應用範圍。即使將複數個所述碳纖維利用膠黏劑可以並排黏結而形成碳纖維膜，然所述膠黏劑的存在會影響所述碳纖維膜在應用時的導電導熱等性能。

有鑒於此，提供一種碳纖維膜實為必要。

一種碳纖維膜，該碳纖維膜由至少一奈米碳管膜和石墨片構成，該至少一奈米碳管膜包括複數個奈米碳管通過凡得瓦力相互連接形成一膜狀，該複數個奈米碳管沿同一方向延伸且在該延伸方向上相鄰的奈米碳管首尾相連，每一奈米碳管的外壁分佈有複數個所述石墨片，且每一石墨片與奈米碳管的外壁之間形成一角度。

一種碳纖維膜，該碳纖維膜包括至少一奈米碳管膜和一石墨層設置於所述至少一奈米碳管膜的表面，該奈米碳管膜包括複數個沿同一方向延伸的奈米碳管，該石墨層包括複數個石墨片，每一奈米碳管的外壁分佈有複數個所述石墨片，每一石墨片傾斜地連接在所述奈米碳管的外壁且向遠離奈米碳管的方向延伸，每一石墨片延伸的長度係奈米碳管直徑的2.5倍至100倍。

與先前技術相比，本發明所提供的碳纖維膜係二維膜狀結構，擴大了碳纖維的應用範圍，且該碳纖維膜均係由碳元素組成，不含有任何雜質，具有良好的導電導熱性能。

10‧‧‧奈米碳管陣列

12‧‧‧生長基底

20‧‧‧奈米碳管膜

30‧‧‧第一反應室

32‧‧‧第一進口

34‧‧‧第一出口

40‧‧‧第二反應室

42‧‧‧第二進口

44‧‧‧第二出口

50‧‧‧碳纖維膜

52‧‧‧碳層

54‧‧‧碳纖維

56‧‧‧奈米碳管

58‧‧‧石墨片

60‧‧‧支撐軸

70‧‧‧加熱器

圖1為本發明第一實施例提供的碳纖維膜的製備方法的裝置的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖3為本發明第二實施例提供的碳纖維膜的製備方法的裝置的結構示意圖。

圖4為本發明第三實施例提供的碳纖維膜的剖面結構示意圖。

圖5為本發明第三實施例提供的碳纖維膜中單根碳纖維的立體結構示意圖。

下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的碳纖維膜作進一步的詳細說明。

請參見圖1，本發明第一實施例提供一種碳纖維膜50的製備方法，包括以下步驟： S10，提供一奈米碳管陣列10；S20，從所述奈米碳管陣列10中拉取獲得一奈米碳管膜20，將該奈米碳管膜20依次穿過一第一反應室30和一第二反應室40；S30，向第一反應室30內通入載氣和碳源氣體，並控制溫度，使第一反應室30內的奈米碳管膜20上形成一碳層52，獲得一奈米碳管複合膜；S40，將所述奈米碳管複合膜導入所述第二反應室40內，控制溫度，使第二反應室40內的奈米碳管膜20上的碳層52石墨化，獲得一碳纖維膜50。

步驟S10中，所述奈米碳管陣列10優選為超順排奈米碳管陣列10，本實施例中，所述奈米碳管陣列10為超順排奈米碳管陣列10。該超順排的奈米碳管陣列10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，本實施例中，催化劑層材料由鐵形成；(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，本實施例中，形成有催化劑層的生長基底12在800℃的空氣中退火60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10。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。本實施例中，處理過的生長基底12在反應爐中氮氣環境下加熱到600℃，通入乙炔反應20分鐘，得到所述奈米碳管陣列10。該奈米碳管陣列10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10。通過上述控制生長條件，該定向排列的奈米碳管陣列10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。

步驟S20中，採用一拉伸工具從所述奈米碳管陣列10中拉取奈米碳管獲得一奈米碳管膜20，其具體包括以下步驟：(a)從所述奈米碳管陣列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、鑷子或夾子接觸奈米碳管陣列10以選定一個或複數個奈米碳管，本實施例中優選鑷子來選定複數個奈米碳管；(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，進而形成一連續的奈米碳管膜20。該拉伸方向沿基本垂直於奈米碳管陣列10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奈米碳管膜20。

該奈米碳管膜20的寬度與奈米碳管陣列10的尺寸有關，該奈米碳管膜20的長度不限，可根據實際需求制得。當該奈米碳管陣列10的面積為4英寸時，該奈米碳管膜20的寬度為0.5奈米~10釐米，該奈米碳管膜20的厚度為0.5奈米~10微米。

請參見圖2，所述奈米碳管膜20包括複數個均勻分佈且通過凡得瓦力首尾相連的奈米碳管，該複數個奈米碳管沿同一方向擇優取向排列，且平行於奈米碳管膜20的表面。該複數個奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或複數種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米至50奈米，所述雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米至50奈米，所述多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米至50奈米。所述奈米碳管膜20還可以為由奈米碳管組成的純結構。

所述奈米碳管膜20為一自支撐結構。所述自支撐為奈米碳管膜20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，即將該奈米碳管膜20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20能夠保持自身層狀狀態。

所述第一反應室30具有相對設置的一第一進口32和一第一出口34，所述第二反應室40具有相對設置的一第二進口42和一第二出口44。將所述奈米碳管膜20利用拉伸工具依次穿過第一反應室30和第二反應室40，並固定於一支撐軸60上。可以理解，所述奈米碳管膜20的一端固定於所述支撐軸60，另一端連接於所述奈米碳管陣列10，且該奈米碳管膜20穿過整個第一反應室30和第二反應室40，如圖1所示。所述支撐軸60具有一軸心，支撐軸60可繞其軸心自轉，該支撐軸60轉動可以將奈米碳管膜20捲繞在該支撐軸60上。可以理解，所述支撐軸60也可以和一電機連接，以便所述支撐軸60實現自動轉動。

步驟S30中，第一反應室30內的奈米碳管膜20上生長一碳層52的具體過程為：S31，向第一反應室30內通入載氣；S32，向第一反應室30內通入碳源氣體；及S33，加熱所述第一反應室30，使該第一反應室30內的溫度達到800℃~1000℃，所述碳源氣體發生裂解形成碳，並沈積在所述奈米碳管膜20上形成碳層52。

步驟S31中，所述載氣的作用係淨化第一反應室30，使第一反應室30具有一個純淨的環境。所述載氣包括氮氣、氨氣或惰性氣體，比如氬氣等。所述載氣的體積流量為50sccm(標況毫升每分)~100sccm。本實施例中，載氣選用氬氣，該氬氣的體積流量為85sccm。

步驟S32中，所述碳源氣體為碳氫化合物，比如烴、炔等，所述碳源氣體的體積流量為20sccm~100sccm。本實施例中，所述碳源氣體優選為乙炔，且乙炔的體積流量為70sccm。

步驟S33中，所述第一反應室30的周圍設置一加熱器70，該加熱器70使第一反應室30內的溫度達到800℃~1000℃。在碳源氣體不斷通入第一反應室30內的情況下，碳層52的厚度與使第一反應室30內的溫度保持800℃~1000℃的保溫時間和碳源氣體的通入時間及體積流量有關。所述保溫時間越長，碳層52的厚度越厚。優選地，所述保溫時間為30分鐘至60分鐘，所述碳層52的厚度為5奈米至10微米。為了使碳層52能夠均勻覆蓋所述奈米碳管膜20，甚至包覆奈米碳管膜20中的每一根奈米碳管，該碳層52的厚度大於等於5奈米，此時奈米碳管膜20生長碳層52後的厚度大於等於30奈米。本實施例中，第一反應室30內的溫度為900℃，所述保溫時間為45分鐘，碳層52的厚度為1微米。

在生成碳層52的整個過程中，所述第一反應室30為常壓或低壓狀態，所述低壓的壓強為50帕至1000帕。由於第一反應室30內通有惰性載氣，另第一反應室30也可以為低壓，因此奈米碳管膜20不會在800℃~1000℃下燒壞。

所述載氣也可以與碳源氣體同時通入第一反應室30內，即將碳源氣體和載氣的混合氣體通入第一反應室30內。此時，載氣的體積流量為10sccm~50sccm。本實施例中，載氣與碳源氣體同時通入第一反應室30內，並且載氣的體積流量為25sccm，所述碳源氣體的體積流量為50sccm。

由於奈米碳管膜20所包含的複數個奈米碳管之間具有複數個間隙，因此，當所述碳源氣體裂解形成無定型碳時，該無定型碳不僅沈積在奈米碳管膜20中複數個奈米碳管的表面，也沈積在相鄰奈米碳管之間的間隙中，即，所述奈米碳管膜20上形成一碳層52，該碳層52包覆每一根奈米碳管。所述奈米碳管膜20和所述碳層52形成所述奈米碳管複合膜。

步驟S40中，轉動所述支撐軸60，同時從所述奈米碳管陣列10繼續拉取奈米碳管膜20，使處於第一反應室30內的奈米碳管複合膜穿過第一反應室30的第一出口34和第二反應室40的第二進口42進入第二反應室40。

所述第二反應室40為真空狀態，其壓強為50帕至1000帕。所述第二反應室40的周圍設置一加熱器70，該加熱器70使第二反應室40內的溫度達到2000℃~3000℃，所述奈米碳管膜20上的碳層52石墨化。真空下碳層52石墨化指的係碳層52從無定形態轉變為共價鍵SP²雜化形態。由於第二反應室40為真空，因此所述奈米碳管膜20在2000℃~3000℃不會破壞，且奈米碳管膜20中的奈米碳管本身已經係SP²雜化的石墨層結構，因此真空下加熱或退火可以修復奈米碳管原有的結構缺陷。本實施例中，第二反應室40內的溫度為2500℃。

當碳層52的厚度遠大於奈米碳管的直徑時，例如碳層52的厚度大於等於100奈米時，在碳層52石墨化形成石墨片時，由於完美的圓筒狀石墨片係直的，這種情況下，所述石墨片平行於奈米碳管的延伸方向延伸變得很困難，不容易得到平行於奈米碳管延伸方向的外延石墨片，此時，所述石墨片會與奈米碳管延伸方向形成一定夾角。所述石墨片的長度遠大於奈米碳管的直徑，為50奈米至10微米，石墨片的寬度接近奈米碳管的直徑，為10奈米至20奈米。

第二反應室40內的溫度保持為2000℃~3000℃的保溫時間與碳層52的厚度有關，碳層52的厚度越厚，第二反應室40內的保溫時間越長。優選地，碳層52的厚度為100奈米至10微米，所述第二反應室40內的保溫時間為20分鐘至60分鐘。本實施例中，所述碳層52的厚度為1微米，第二反應室40內的保溫時間為45分鐘。

所述奈米碳管膜20由複數個奈米碳管組成，該奈米碳管由單層或多層石墨片繞中心按一定角度捲曲而成的無縫、中空奈米管。因此，所述奈米碳管膜20本身已經係石墨化的結構。奈米碳管膜20上的碳層52石墨化後依附在本身已經係石墨化結構的奈米碳管膜20上，形成碳纖維膜50。該碳纖維膜50係由多根碳纖維形成的膜狀結構。

沿平行於奈米碳管膜20的拉取方向轉動支撐軸60，從所述奈米碳管陣列10中進一步拉取奈米碳管膜20；繼續轉動支撐軸60，該奈米碳管膜20進入第一反應室30內並在該奈米碳管膜20上生長碳層52以形成奈米碳管複合膜，同時由於支撐軸60的轉動，又有新的奈米碳管膜20從奈米碳管陣列10中拉出；再繼續轉動支撐軸60，所述奈米碳管複合膜進入第二反應室40內，使奈米碳管膜20上的碳層52石墨化以形成碳纖維膜50，同時由於支撐軸60的轉動，所述新的奈米碳管膜20進入第一反應室30內生長碳層52以形成新的奈米碳管複合膜；最後將該碳纖維膜50捲繞在支撐軸60上進行碳纖維膜50的收集，同時由於支撐軸60的轉動，所述新的奈米碳管複合膜進入第二反應室40內，使新的奈米碳管膜20上的碳層52石墨化以形成新的碳纖維膜50。隨著支撐軸60的轉動，一邊從奈米碳管陣列10中拉取奈米碳管膜20，一邊在奈米碳管膜20上生長碳層52，一邊使所述碳層52石墨化形成碳纖維膜50，一邊收集該碳纖維膜50，實現碳纖維膜50的連續、批量化生產。

進一步，當第二反應室40內的奈米碳管膜20上的碳層52石墨化，形成碳纖維膜50，該碳纖維膜50移出第二反應室40時，先將該碳纖維膜50加撚再捲繞到支撐軸60上。所述碳纖維膜50加撚，進一步提高了碳纖維膜50的機械強度。具體地，所述碳纖維膜50移出第二反應室40時，沿垂直於奈米碳管膜20的拉取方向旋轉支撐軸60，使碳纖維膜50加撚形成絞線，然後，再沿平行於奈米碳管膜20的拉取方向旋轉支撐軸60，將所述絞線捲繞在支撐軸60上。所述碳纖維膜50加撚後係線狀或繩狀的結構。

可以理解，形成碳層52和所述碳層52石墨化的過程中，奈米碳管膜20始終懸空設置，該奈米碳管膜20的一端固定於所述支撐軸60，另一端連接於所述奈米碳管陣列10。

請參見圖3，本發明第二實施例進一步提供一種碳纖維膜50的製備方法，包括以下步驟： S100，提供複數個奈米碳管陣列10；S200，從所述複數個奈米碳管陣列10中拉取獲得複數個奈米碳管膜20，將該複數個奈米碳管膜20依次穿過一第一反應室30和一第二反應室40；S300，向第一反應室30內通入載氣和碳源氣體，並控制溫度，使第一反應室30內的複數個奈米碳管膜20上分別形成一碳層52，獲得複數個奈米碳管複合膜；S400，將所述複數個奈米碳管複合膜導入所述第二反應室40內，控制溫度，使第二反應室40內的複數個奈米碳管膜20上的碳層52石墨化，獲得複數個碳纖維膜50。

第二實施例中的步驟S100與第一實施例中的步驟S10的區別係：第一實施例為一個奈米碳管陣列10；第二實施例為複數個奈米碳管陣列10。

第二實施例中的步驟S200與第一實施例中的步驟S20的區別係：第一實施例中，從一個奈米碳管陣列10中拉取獲得一個奈米碳管膜20；第二實施例中，從每個奈米碳管陣列10中拉取獲得一個奈米碳管膜20，因此從複數個奈米碳管陣列10中分別拉取一奈米碳管膜20，可以獲得複數個奈米碳管膜20。

第二實施例中的步驟S300與第一實施例中的步驟S30的區別係：第一實施例中，第一反應室30內一個奈米碳管膜20上沈積一碳層52；第二實施例中，第一反應室30內複數個奈米碳管膜20上均沈積一碳層52，且所述複數個奈米碳管膜20間隔垂直重疊設置於第一反應室30內，可以節省佔用空間。

第二實施例中的步驟S400與第一實施例中的步驟S40的區別係：第一實施例中，第二反應室40內一個奈米碳管膜20上的碳層52石墨化；第二實施例中，第二反應室40內複數個奈米碳管膜20上的碳層52石墨化，且所述複數個奈米碳管膜20間隔或非間隔垂直重疊設置於第二反應室40內，可以節省佔用空間。

除此之外，第二實施例與第一實施例的步驟、參數等均相等，這裏不再贅述。

第二實施例中，同時製備複數個奈米碳管膜20，在這複數個奈米碳管膜20上同時分別沈積一碳層52，然後將其同時石墨化，同時得到複數個碳纖維膜50，該複數個碳纖維膜50可以分開收集於複數個支撐軸60上，也可以合併收集於一個支撐軸60上。第二實施例的方法，提高了碳纖維膜50的製備方法的效率，並且提高了碳纖維50的產量。

請參見圖4和圖5，本發明第三實施例進一步提供一種利用上述製備方法所製備的碳纖維膜50。該碳纖維膜50為一膜狀結構，該碳纖維膜50包括複數個奈米碳管56和複數個石墨片58，該複數個奈米碳管56通過凡得瓦力首尾相連並沿同一方向延伸且形成一膜狀，每一根奈米碳管56被複數個石墨片58包圍，每一石墨片58僅部份邊緣通過共價鍵與奈米碳管56連接，且每一石墨片58與奈米碳管56的外壁之間有一角度。所述複數個石墨片58間隔分佈在每一奈米碳管56外壁表面。所述石墨片的長度遠大於奈米碳管的直徑，為50奈米至10微米，石墨片的寬度接近奈米碳管的直徑，為10奈米至20奈米。每一石墨片58延伸的長度係奈米碳管56直徑的2.5倍至100倍。

或者說所述碳纖維膜包括複數個首尾相連且沿同一方向延伸的碳纖維54，每一根碳纖維54包括一根奈米碳管56和複數個石墨片58，該複數個石墨片58形成一石墨層，該奈米碳管56被複數個石墨片58包圍，每一石墨片58通過共價鍵與奈米碳管56的外壁連接，且每一石墨片58與奈米碳管56的外壁之間有一角度。相鄰碳纖維54之間通過凡得瓦力連接。

所述奈米碳管56均勻分佈，且平行於碳纖維膜表面。由於相鄰奈米碳管56之間通過凡得瓦力連接，因此該碳纖維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。

每一石墨片58與奈米碳管56之間的角度的範圍為大於0度且小於90度，優選地，每一石墨片58與奈米碳管56之間的角度大於等於30度且小於等於60度。複數個石墨片58與奈米碳管56之間的角度可以相等也可以不相等，即，複數個石墨片58可以無序地隨機“斜插”或分佈在奈米碳管56的外壁上，也可以有序地“斜插”或分佈在奈米碳管56的外壁上。本實施例中，複數個石墨片58與奈米碳管56之間的角度相等，均等於45度，如圖4所示。每一根碳纖維54的直徑與所述碳層的厚度有關，所述碳纖維54的直徑為450奈米至100微米。本實施例中，所述碳纖維54的直徑為500奈米。

進一步，所述碳纖維膜50還可以包括至少兩層交叉重疊設置的奈米碳管膜，相鄰奈米碳管膜之間通過凡得瓦力緊密結合。相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管56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，每一奈米碳管56的外壁分佈有複數個石墨片58。所述至少兩層奈米碳管膜交叉重疊設置時，可以提高所述碳纖維膜50的機械強度。本實施例中，所述碳纖維膜50包括兩層交叉重疊設置的奈米碳管膜，且該兩層奈米碳管膜中奈米碳管56的延伸方向之間交叉的角度為90度。

所述碳纖維膜50具有良好的導電性能，其方塊電阻小於等於100歐姆。並且，由於石墨片58包圍每一根奈米碳管56且通過共價鍵與該奈米碳管56連接，因此首尾相連的兩個奈米碳管56之間的“節點”處也有石墨片58連接，即首尾相連的兩個奈米碳管56之間的“節點”處，石墨片58通過共價鍵同時與所述兩個奈米碳管56相連，因此，首尾相連的奈米碳管56之間的“節點”處的機械強度大幅提高，從而提高了所述碳纖維膜50的整體機械性能。

本發明提供的碳纖維膜具有以下優點：第一、所述碳纖維膜係二維膜狀結構，擴大了碳纖維的應用範圍，且該碳纖維膜均係由碳元素組成，不含有任何雜質，具有良好的導電導熱性能；第二、所述碳纖維膜包括一奈米碳管膜和一石墨層設置於所述奈米碳管膜的表面，該奈米碳管膜包括複數個沿同一方向延伸的奈米碳管，該石墨層包括複數個石墨片，每個奈米碳管的表面被所述複數個石墨片包圍且通過共價鍵與該複數個石墨片連接，因此首尾相連的奈米碳管之間的“節點”處的機械強度大幅提高，從而所述碳纖維膜的整體機械性能大幅提高。

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。

50‧‧‧碳纖維膜

54‧‧‧碳纖維

56‧‧‧奈米碳管

58‧‧‧石墨片

Claims

一種碳纖維膜，其改良在於，該碳纖維膜由至少一奈米碳管膜和石墨片構成，該至少一奈米碳管膜包括複數個奈米碳管通過凡得瓦力相互連接形成一膜狀，該複數個奈米碳管沿同一方向延伸且在該延伸方向上相鄰的奈米碳管首尾相連，每一奈米碳管的外壁分佈有複數個所述石墨片，且每一石墨片與奈米碳管的外壁之間形成一角度，每一石墨片與所述奈米碳管的外壁直接接觸。
如請求項1所述的碳纖維膜，其中，所述石墨片僅部份邊緣通過共價鍵與奈米碳管的外壁連接。
如請求項1所述的碳纖維膜，其中，所述複數個奈米碳管平行於所述碳纖維膜的表面。
如請求項1所述的碳纖維膜，其中，所述角度大於0度且小於90度。
如請求項4所述的碳纖維膜，其中，所述角度大於等於30度且小於等於60度。
如請求項1所述的碳纖維膜，其中，分佈在同一奈米碳管外壁的複數個所述石墨片相互間隔。
如請求項1所述的碳纖維膜，其中，分佈在同一奈米碳管外壁的複數個所述石墨片與奈米碳管的外壁之間的角度相同。
如請求項1所述的碳纖維膜，其中，所述複數個石墨片的長度為50奈米至10微米，寬度為10奈米至20奈米。
一種碳纖維膜，其改良在於，該碳纖維膜包括至少一奈米碳管膜和一石墨層設置於所述至少一奈米碳管膜的表面，該奈米碳管膜包括複數個沿同一方向延伸的奈米碳管，該石墨層包括複數個石墨片，每一奈米碳管的外壁分佈有複數個所述石墨片，每一石墨片傾斜地連接在所述奈米碳管的外壁且向遠離奈米碳管的方向延伸，每一石墨片延伸的長度係奈米碳管直徑的2.5倍至100倍，每一石墨片與所述奈米碳管的外壁直接接觸。
如請求項9所述的碳纖維膜，其中，所述複數個石墨片通過共價鍵與奈米碳管的外壁連接。
如請求項9所述的碳纖維膜，其中，所述碳纖維膜包括至少兩層交叉重疊設置的奈米碳管膜，相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向之間形成一夾角α，0≦α≦90度。