碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種超細(xì)導(dǎo)線，尤其是一種超細(xì)的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線。
【背景技術(shù)】
[0002] 超細(xì)導(dǎo)線具有廣泛的用途，現(xiàn)有技術(shù)中的超細(xì)導(dǎo)線通常采用金屬或合金。然而，當(dāng) 由金屬或合金作成的超細(xì)導(dǎo)線的直徑達(dá)到微米級時，例如1微米-50微米，其抗拉強度會顯 著降低，難以滿足實際應(yīng)用的要求。
[0003] 碳納米管由于具有良好的機械性能，也廣泛應(yīng)用于超細(xì)導(dǎo)線?，F(xiàn)有技術(shù)中的碳納 米管線，是由多個微觀的碳納米管相互連接，從而形成宏觀的超細(xì)導(dǎo)線。由碳納米管形成 的超細(xì)導(dǎo)線雖然具有較高的機械強度，但是，在碳納米管之間的連接處具有很高的電阻，因 此，難以滿足導(dǎo)電性方面的要求。
[0004] 為了提高所述碳納米管線的導(dǎo)電性能，有人提出將碳納米管線的表面形成一厚度 為1~50納米的金屬層以提高其導(dǎo)電性。由于所述金屬層具有較小的厚度，一方面，在使 用時該金屬層易氧化，故耐用性低；另一方面，其導(dǎo)電性雖然與純的碳納米管線有一定的提 高，但相對于純金屬線仍然相差數(shù)個數(shù)量級，導(dǎo)電性有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，確有必要提供一種具有較好耐用性及較高導(dǎo)電性能的碳納米管復(fù)合導(dǎo) 線。
[0006] -種碳納米管復(fù)合導(dǎo)線包括：一碳納米管單紗，該碳納米管單紗由多個碳納米管 沿該碳納米管單紗軸向旋轉(zhuǎn)加捻構(gòu)成，該碳納米管單紗的捻度為10轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn)/厘 米，該碳納米管單紗的直徑為1微米到30微米；以及一金屬層，包覆于所述碳納米管單紗的 外表面，該金屬層厚度為1微米到5微米。
[0007] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，由本發(fā)明提供的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線具有以下優(yōu)點，其一，由于 金屬層具有較大的厚度，故該金屬層具有較好的抗氧化性能及耐用性能，另外，所述碳納米 管復(fù)合導(dǎo)線在使用時，該金屬層可以起主要的導(dǎo)電作用，即，電流主要通過碳納米管復(fù)合導(dǎo) 線的表層傳導(dǎo)，即通過金屬層傳導(dǎo)，形成類似驅(qū)膚效應(yīng)，故，可以顯著提高所述碳納米管復(fù) 合導(dǎo)線的電導(dǎo)率；其二，通過優(yōu)化所述碳納米管單紗的直徑和捻度，從而可以顯著提高所述 碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的機械性能。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明實施例提供的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的掃描電鏡照片。
[0009] 圖2為本發(fā)明實施例提供的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線中的拉伸應(yīng)力曲線。
[0010] 主要元件符號說明
如下【具體實施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0011] 請參照圖1，本發(fā)明提供一碳納米管復(fù)合導(dǎo)線1〇〇,包括一碳納米管單紗10以及一 包覆于所述碳納米管單紗10外表面的金屬層12。
[0012] 所述碳納米管單紗10由多個碳納米管沿該碳納米管單紗10的軸向旋轉(zhuǎn)加捻構(gòu) 成。所述碳納米管單紗10可以通過從一碳納米管陣列中拉取獲得一碳納米管線，并將所述 碳納米管線的兩端相對回轉(zhuǎn)形成。所述碳納米管線可以沿順時針方向回轉(zhuǎn)，從而形成S捻； 所述碳納米管線可以沿逆時針方向回轉(zhuǎn)，從而形成Z捻。由于從碳納米管陣列中直接拉取 獲得的碳納米管線中的碳納米管基本沿所述碳納米管線的軸向延伸，且在所述碳納米管線 的軸向方向通過范德華力首尾相連。故，在將所述碳納米管線的兩端相對回轉(zhuǎn)的過程中，該 碳納米管線中的碳納米管會沿碳納米管線的軸向方向螺旋狀排列，且在延伸方向通過范德 華力首尾相連，進(jìn)而形成所述碳納米管單紗10。另外，在將所述碳納米管線的兩端相對回轉(zhuǎn) 的過程中，所述碳納米管線中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距會變小，接觸面積增 大，從而使所述碳納米管單紗10中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的范德華力顯著增加， 并緊密相連。所述碳納米管單紗10中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距小于等于10 納米。優(yōu)選地，所述碳納米管單紗10中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距小于等于5 納米。更優(yōu)選地，所述碳納米管單紗10中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距小于等于 1納米。由于所述碳納米管單紗10中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距較小且通過范 德華力緊密相連，故，所述碳納米管單紗10具有光滑且致密的表面結(jié)構(gòu)。
[0013] 所述碳納米管單紗10的直徑為1微米到30微米。所述碳納米管單紗10的捻度 為10轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn)/厘米。所述捻度是指單位長度碳納米管線回轉(zhuǎn)的圈數(shù)。當(dāng)所述 碳納米管單紗10的直徑確定時，適當(dāng)?shù)哪矶瓤梢允顾鎏技{米管單紗10具有較好的機械 性能。這是由于，隨著捻度的增加，所述碳納米管單紗10中沿徑向方向相鄰的碳納米管之 間間距的降低，從而使沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的作用力會增強；但是，當(dāng)捻度過大 時，所述碳納米管單紗10中沿軸向方向相鄰的碳納米管之間的作用力反而會降低。當(dāng)所述 碳納米管單紗10的直徑小于10微米時，所述碳納米管單紗10的捻度優(yōu)選為250轉(zhuǎn)/厘米 到300轉(zhuǎn)/厘米；而當(dāng)所述碳納米管單紗10的直徑為10微米到20微米時，所述碳納米管 單紗10的捻度優(yōu)選為200轉(zhuǎn)/厘米到250轉(zhuǎn)/厘米；而當(dāng)所述碳納米管單紗10的直徑為 25微米到30微米時，所述碳納米管單紗10的捻度優(yōu)選為100轉(zhuǎn)/厘米到150轉(zhuǎn)/厘米。 所述碳納米管單紗10的機械強度可以達(dá)到相同直徑的金線的機械強度的5-10倍。本實施 例中，所述碳納米管單紗10的直徑約為25微米，且其捻度約為100轉(zhuǎn)/厘米。
[0014] 由于所述碳納米管單紗10具有光滑且致密的表面結(jié)構(gòu)，故，所述金屬層12可以 和所述碳納米管單紗10形成良好的結(jié)合，不易脫落。所述金屬層12均勻的包覆于所述碳 納米管單紗10的外表面，其厚度為1微米到5微米。當(dāng)所述金屬層12的厚度為1微米到 5微米時，所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線100的電導(dǎo)率可以到達(dá)所述金屬層12中金屬的電導(dǎo)率的 50%以上。當(dāng)所述金屬層12的厚度太小時，例如小于1微米，一方面不能顯著提高所述碳納 米管復(fù)合導(dǎo)線100的電導(dǎo)率，另一方面，還會使得該金屬層12在使用時容易被氧化，進(jìn)一步 降低所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線100的電導(dǎo)率及使用壽命。另外，實驗證明當(dāng)所述金屬層12的 厚度大于一定值時，例如大于5微米，所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線100的電導(dǎo)率不但不會顯著增 加，還會額外增加所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線100的直徑。所述金屬層12的材料可以為金、銀、 銅等導(dǎo)電性較好的金屬或合金。本實施例中，所述金屬層12為厚度約為5微米的銅，從而 使該碳納米管復(fù)合導(dǎo)線100的電導(dǎo)率可以達(dá)到4. 39X107S/m，為金屬銅的電導(dǎo)率的75%左 右。
[0015] 請參照圖2,本實施例中，所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線100的直徑約為35微米，其拉伸 應(yīng)力可以達(dá)到900MPa以上，為相同直徑下金線的9倍左右。另外，從圖中2還可以看出所 述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線100的拉伸應(yīng)變率為3%左右。
[0016] 所述金屬層12可以通過電鍍、化學(xué)鍍、蒸鍍等方法形成于所述碳納米管單紗10的 外表面，進(jìn)而形成所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線100。
[0017] 本發(fā)明提供的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線通過同時優(yōu)化所述碳納米管單紗的直徑和捻度 以及所述金屬層的厚度，從而使所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線同時具有良好的力學(xué)和機械性能。 具體地，首先，通過優(yōu)化所述金屬層的厚度，從而可以使所述金屬層具有較好的抗氧化性能 及耐用性能；其次，由于所述金屬層具有較大的厚度，因此，所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線在使用 時，所述金屬層起主要的導(dǎo)電作用，即，電流主要通過碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的表層傳導(dǎo)，即通 過金屬層傳導(dǎo)，形成類似驅(qū)膚效應(yīng)，故，可以顯著提高所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的電導(dǎo)率；最 后，通過優(yōu)化所述碳納米管單紗的直徑和捻度，從而可以顯著提高所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線 的機械性能。另外，所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線在使用時，即使所述金屬層被高溫熔斷，由于碳 納米管具有良好的耐熱性能，所述碳納米管單紗也不會輕易斷路，從而還可以使所述碳納 米管復(fù)合導(dǎo)線保持通路狀態(tài)，進(jìn)而提高所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的耐用性。
[0018] 另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，這些依據(jù)本發(fā)明精神 所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其包括： 一碳納米管單紗，該碳納米管單紗由多個碳納米管沿該碳納米管單紗軸向旋轉(zhuǎn)加捻構(gòu) 成，該碳納米管單紗的捻度為10轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn)/厘米，該碳納米管單紗的直徑為1微 米到30微米；以及 一金屬層，包覆于所述碳納米管單紗的外表面，該金屬層厚度為1微米到5微米。2. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其特征在于，所述碳納米管單紗的直徑小 于10微米，所述碳納米管單紗的捻度為250轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn)/厘米。3. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其特征在于，所述碳納米管單紗的直徑為 25微米到30微米，所述碳納米管單紗的捻度為100轉(zhuǎn)/厘米到150轉(zhuǎn)/厘米。4. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其特征在于，所述碳納米管單紗為S捻或Z 捻。5. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其特征在于，所述碳納米管單紗的機械強 度為相同直徑下金線的機械強度的5-10倍。6. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其特征在于，所述碳納米管復(fù)合導(dǎo)線的電 導(dǎo)率為所述金屬層中金屬的電導(dǎo)率的50%以上。7. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其特征在于，所述多個碳納米管通過范德 華力緊密結(jié)合。8. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其特征在于，所述多個碳納米管與該碳納 米管延伸方向上相鄰的兩個碳納米管之間通過范德華力首尾相連。9. 如權(quán)利要求7所述的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其特征在于，每一碳納米管與該碳納米管 徑向方向上相鄰的碳納米管之間的間距小于等于10納米。10. 如權(quán)利要求9所述的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其特征在于，每一碳納米管與該碳納米管 徑向方向上相鄰的碳納米管之間的間距小于等于5納米。11. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合導(dǎo)線，其特征在于，所述碳納米管單紗具有光滑 且致密的表面結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種碳納米管復(fù)合導(dǎo)線包括：一碳納米管單紗，該碳納米管單紗由多個碳納米管沿該碳納米管單紗軸向旋轉(zhuǎn)加捻構(gòu)成，該碳納米管單紗的捻度為10轉(zhuǎn)/厘米到300轉(zhuǎn)/厘米，該碳納米管單紗的直徑為1微米到30微米；以及一金屬層，包覆于所述碳納米管單紗的外表面，該金屬層厚度為1微米到5微米。
【IPC分類】H01B1/04, H01B5/14
【公開號】CN105097065
【申請?zhí)枴緾N201410164343
【發(fā)明人】潛力, 王昱權(quán)
【申請人】北京富納特創(chuàng)新科技有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年4月23日
【公告號】US20150310957