CN105174204A - 碳纳米管复合线的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种碳纳米管复合线的制备方法，包括以下步骤：提供至少一碳纳米管膜；提供一基底，在该基底上生长一石墨烯膜；将所述碳纳米管膜与所述石墨烯膜远离基底的表面复合；除去所述基底，形成碳纳米管-石墨烯复合膜；将所述碳纳米管-石墨烯复合膜卷起来并加捻，形成碳纳米管复合线。

Description

碳纳米管复合线的制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管复合线的制备方法。

背景技术

碳纳米管是一种由石墨烯片卷成的中空管状物。碳纳米管具有优异的力学、热学及电学性质，其应用领域非常广阔。例如，碳纳米管可用于制作场效应晶体管、原子力显微镜针尖、场发射电子枪、纳米模板等。上述技术中碳纳米管的应用主要是碳纳米管在微观尺度上的应用，操作较困难。因此，使碳纳米管具有宏观尺度的结构并在宏观上应用具有重要意义。

姜开利等人于2002年成功地从一碳纳米管阵列拉取获得一具有宏观尺度的碳纳米管线，具体请参见文献“SpinningContinuousCarbonNanotubeYarns”，Nature，V419，P801。所述碳纳米管线由多个首尾相连且基本沿同一方向择优取向排列的碳纳米管组成。

然而，由所述制备方法所制备的碳纳米管线中碳纳米管之间的结合力较弱，因此，所述碳纳米管线的机械性能还需进一步提高。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种机械性能较高的碳纳米管复合线的制备方法。

一种碳纳米管复合线的制备方法，包括以下步骤：提供至少一碳纳米管膜，该至少一碳纳米管膜为自支撑结构；提供一基底，在该基底上生长一石墨烯膜；将所述至少一碳纳米管膜与所述石墨烯膜层叠设置形成一碳纳米管-石墨烯复合膜；除去所述基底；将所述碳纳米管-石墨烯复合膜卷成一卷后加捻，形成碳纳米管复合线。

与现有技术相比，本发明所提供的碳纳米管复合线的制备方法中，将碳纳米管膜与石墨烯膜复合成碳纳米管-石墨烯复合膜，并将该碳纳米管-石墨烯复合膜先卷起来再加捻，石墨烯膜中的石墨烯片在扭转力的作用下被紧密挤压在一起，致使首尾相连的碳纳米管的“节点”处的近邻碳纳米管增多，相邻碳纳米管之间的距离变小，相邻碳纳米管之间的范德华力增强，相应地，机械强度增强，从而提高了碳纳米管复合线的机械性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的碳纳米管复合线的制备方法的工艺流程图。

图2为本发明实施例提供的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图3为本发明实施例提供的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。

图4为本发明实施例提供的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。

图5为本发明实施例提供的另一碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。

图6为本发明实施例提供的由多个碳纳米管线状结构组成的碳纳米管膜的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图8为本发明实施例提供的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图9为本发明实施例提供的碳纳米管复合线的扫描电镜照片。

图10为本发明实施例提供的沿碳纳米管-石墨烯复合膜的一条边将该碳纳米管-石墨烯复合膜卷起来的结构示意图。

图11为本发明实施例提供的沿碳纳米管-石墨烯复合膜的对角线将该碳纳米管-石墨烯复合膜卷起来的结构示意图。

主要元件符号说明

碳纳米管膜	10
		第一碳纳米管线状结构	12
第二碳纳米管线状结构	14
		基底	20
第一表面	22
		第二表面	24
石墨烯膜	30
		复合结构	40
碳纳米管-石墨烯复合膜	50
		第一支撑体	60
第二支撑体	62
		复合初级线	70
碳纳米管复合线	80
		杆状物体	90

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的碳纳米管复合线的制备方法作进一步的详细说明。

请参见图1，本发明实施例提供一种碳纳米管复合线80的制备方法，包括以下步骤：

S10，提供至少一碳纳米管膜10；

S20，提供一基底20，在该基底20上生长一石墨烯膜30；

S30，将所述碳纳米管膜10与所述石墨烯膜30远离基底20的表面贴合，形成复合结构40；

S40，除去所述基底20，形成碳纳米管-石墨烯复合膜50；

S50，将所述碳纳米管-石墨烯复合膜50卷起来并加捻，形成碳纳米管复合线80。

步骤S10中，所述碳纳米管膜10包括多个均匀分布的碳纳米管。该碳纳米管可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种或几种。所述碳纳米管膜10中的碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。碳纳米管膜10为一自支撑的结构。该碳纳米管膜10中的碳纳米管为无序或有序排列。这里的无序排列指碳纳米管的排列方向无规律，这里的有序排列指至少多数碳纳米管的排列方向具有一定规律。具体地，当碳纳米管膜10包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管可以相互缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管膜10包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿一个方向或者多个方向择优取向排列。该碳纳米管膜10的厚度不限，可以为0.5纳米至1厘米，优选地，该碳纳米管膜10的厚度可以为100微米至0.5毫米。

所述自支撑为所述碳纳米管膜10不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态，即将所述碳纳米管膜10置于（或固定于）间隔一固定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜10能够保持自身层状或膜状状态。

所述碳纳米管膜10可包括至少一层碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜。

请参见图2，所述碳纳米管拉膜包括多个首尾相连且沿同一方向延伸的碳纳米管。所述碳纳米管均匀分布，且平行于碳纳米管拉膜表面。所述碳纳米管拉膜中的碳纳米管之间通过范德华力连接。一方面，首尾相连的碳纳米管之间通过范德华力连接，另一方面，平行的碳纳米管之间部分亦通过范德华力结合，故，该碳纳米管拉膜具有一定的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。所述碳纳米管拉膜可通过直接拉伸一碳纳米管阵列获得。

当所述碳纳米管膜10包括至少两层重叠设置的碳纳米管拉膜时，相邻的碳纳米管拉膜之间通过范德华力紧密结合。进一步，相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管的延伸方向之间形成一夹角α，0≤α≤90度，具体可依据实际需求而进行调整。所述至少两层碳纳米管拉膜交叉重叠设置时，可以提高所述碳纳米管复合线80的机械强度。本实施例中，所述碳纳米管膜10包括两层交叉设置的碳纳米管拉膜，即该两层碳纳米管拉膜中碳纳米管的延伸方向之间交叉的角度为90度。

请参见图3，所述碳纳米管絮化膜为各向同性，其包括多个无序排列且均匀分布的碳纳米管。碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、相互缠绕。因此，碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。该碳纳米管絮化膜为将一碳纳米管原料，如一超顺排碳纳米管阵列，絮化处理而获得。

请参见图4和图5，所述碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向排列。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与碳纳米管碾压膜的表面成一夹角α，其中，α大于等于零度且小于等于15度(0≤α≤15°)。优选地，所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于碳纳米管碾压膜的表面。依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。请参见图4，碳纳米管在碳纳米管碾压膜中可沿一固定方向择优取向排列；请参见图5，碳纳米管碾压膜中的碳纳米管可沿不同方向择优取向排列。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管部分交叠。所述碳纳米管碾压膜中碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管碾压膜具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾压膜具有良好的自支撑性能。所述碳纳米管碾压膜可通过沿一定方向或不同方向碾压一碳纳米管阵列获得。

所述碳纳米管膜10还可以由多个碳纳米管线状结构组成，如图6所示。该碳纳米管膜10包括多个第一碳纳米管线状结构12及多个第二碳纳米管线状结构14。该多个第一碳纳米管线状结构12与该多个第二碳纳米管线状结构14相互交叉设置形成一网状结构。所述多个第一碳纳米管线状结构12可以相互平行，也可以不相互平行，所述多个第二碳纳米管线状结构14可以相互平行，也可以不相互平行。当多个第一碳纳米管线状结构12相互平行，且多个第二碳纳米管线状结构14也相互平行时，具体地，所述多个第一碳纳米管线状结构12的轴向均沿第一方向延伸，相邻的第一碳纳米管线状结构12之间的距离可以相等也可以不等。相邻的两个第一碳纳米管线状结构12之间的距离不限，可以为10微米至1000微米，优选10微米至500微米。所述多个第二碳纳米管线状结构14彼此间隔设置且其轴向均基本沿第二方向延伸，相邻的第二碳纳米管线状结构14之间的距离可以相等也可以不等。相邻的两个第二碳纳米管线状结构14之间的距离不限，可以为10微米至1000微米，优选10微米至500微米。第一方向与第二方向形成一夹角α，0°<α≤90°。所述多个第一碳纳米管线状结构12与该多个第二碳纳米管线状结构14交叉设置的方式不限，可以为第一碳纳米管线状结构12和第二碳纳米管线状结构14相互编织形成一网状结构，也可以为所述多个间隔设置的第二碳纳米管线状结构14接触设置于所述多个第一碳纳米管线状结构12的同一侧。其中，该多个第二碳纳米管线状结构14与该多个第一碳纳米管线的接触部可通过粘结剂固定设置，也可以通过焊接的方式固定设置。

所述第一碳纳米管线状结构12和第二碳纳米管线状结构14包括至少一碳纳米管线。所述碳纳米管线状结构可以为由多个碳纳米管组成的纯结构。当第一碳纳米管线状结构12和第二碳纳米管线状结构14包括多根碳纳米管线时，该多根碳纳米管线可以相互平行设置，也可以相互螺旋缠绕。所述第一碳纳米管线状结构12和第二碳纳米管线状结构14中的多根碳纳米管线也可以通过粘结剂相互固定。

所述碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。请参见图7，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线长度方向延伸并首尾相连的碳纳米管。所述非扭转的碳纳米管线为采用一有机溶剂将所述碳纳米管拉膜浸润而形成。请参见图8，该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线的轴向螺旋排列的碳纳米管。所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜沿相反方向扭转获得。

步骤S20中，所述基底20为具有一定厚度的金属薄膜，金属材料可以为铜、镍等。该基体的厚度为100纳米至100微米。该基体的面积不限，可以根据实际需要进行调整。比如，可以根据不同容积的反应炉，调整基体的面积。还可以将上述基底20卷曲放置于反应炉中，以提高反应炉的空间利用率，从而增大生长石墨烯膜30的面积。本实施例中，基底20的材料为铜箔，其厚度为25微米。所述基底20具有相对的第一表面22和第二表面24。

所述石墨烯的制备方法不限，本实施例中，采用化学气相沉积法在所述基底20的第一表面22生长石墨烯膜30。具体包括以下步骤：

S21，将所述基底20放入一反应室内，高温处理所述基底20的第一表面22；

S22，向反应室内通入碳源气，在所述基底20的第一表面22生长石墨烯膜30；

S23，将所述基底20冷却至室温，取出生长有石墨烯膜30的基底20。

步骤S21中，所述反应室为生长石墨烯膜30的反应空间。该反应室为一密闭空腔，该密闭空腔具有一个进气口以及一个出气口。所述进气口用于通入反应气体，如氢气和甲烷；所述出气口与一抽真空装置相连通。所述抽真空装置通过该出气口控制反应室的真空度以及气压。进一步地，所述反应室还可以包括一个水冷装置，用于控制反应室中的基底20的温度。本实施例中，所述反应室为一石英管。

所述高温处理所述基底20的步骤具体为：将所述基底20放入反应室，并通入氢气，氢气的气体流量为2sccm（标准毫升/分钟）至35sccm；升高反应室的温度，对所述基底20的第一表面22高温处理约1小时。所述反应室内的温度控制在800摄氏度至1500摄氏度。该反应室内为真空环境，该反应室内的气压为10^-1至10²帕。本实施例中，氢气的气体流量为2sccm，反应室内的气压为13.3帕，反应温度为1000摄氏度，升温时间为40分钟，恒温时间为20分钟。所述基底20经高温处理后，该基底20的第一表面22更平整，适宜生长石墨烯膜30。在氢气环境中加热，可以还原基底20的第一表面22的氧化层，同时防止进一步氧化。

步骤S22中，在保持反应室中的氢气流量不变，并继续通入的条件下，在高温下通入碳源气体，从而在基底20的第一表面22沉积碳原子，形成一石墨烯膜30。所述碳源气可以为甲烷、乙烷、乙烯或乙炔等化合物。反应室内的温度为800摄氏度至1500摄氏度。该反应室内为真空环境，该反应室内的气压为10^-1至10²帕。反应时的恒温时间10分钟至60分钟。本实施例中，反应室内的气压为66.5帕，反应温度为1000摄氏度，碳源气为甲烷，气体流量为25sccm，恒温时间为30分钟。

步骤S23中，将所述基底20冷却至室温需要在保持碳源气以及氢气的通入流量不变的情况下进行。本实施例中，在冷却过程中，向反应室内通入流量为25sccm的甲烷，流量为2sccm的氢气，在66.5帕气压下，冷却1小时。待基底20冷却后，取出基底20，该基底20的第一表面22生长有一石墨烯膜30。

步骤S30中，将所述碳纳米管膜10与所述石墨烯膜30远离基底20的表面贴合，形成复合结构40的步骤，可以采用机械力、有机溶剂或胶粘剂的方法实现，或者由于所述碳纳米管膜10很纯净，本身具有粘性，可以直接粘在所述石墨烯膜30远离基底20的表面。

具体地，采用机械力将所述碳纳米管膜10与所述石墨烯膜30远离基底20的表面贴合形成复合结构40的方法包括热压法和冷压法。比如，将所述碳纳米管膜10覆盖在石墨烯膜30远离基底20的表面上而形成一整体结构，并将该整体结构放置于一具有轧辊的热压装置，利用加热了的金属轧辊施加一定压力于所述整体结构上，可以软化所述碳纳米管膜10与所述石墨烯膜30，使得所述碳纳米管膜10与所述石墨烯膜30之间的空气被挤压出来，从而使得所述碳纳米管膜10与所述石墨烯膜30紧密复合在一起。

采用有机溶剂使碳纳米管膜10和石墨烯膜30复合的具体步骤为：通过试管将有机溶剂滴落在所述整体结构上，或者将所述整体结构浸入一盛有有机溶剂的容器中，然后除去有机溶剂。所述有机溶剂为挥发性有机溶剂，可选用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一种或者几种的混合。所述有机溶剂挥发后，在挥发性有机溶剂表面张力的作用下，碳纳米管膜10与石墨烯膜30之间的空气被挤压出来，从而使得所述碳纳米管膜10与所述石墨烯膜30紧密复合在一起。

由于所述碳纳米管膜10中相邻碳纳米管之间存在微孔，相对于微孔而言，石墨烯膜30悬空在该微孔上。为减小有机溶剂表面张力对碳纳米管膜10中微孔上面悬空的石墨烯膜30的破坏，除去有机溶剂可以用超临界CO₂的方法，具体包括以下步骤：（1）将盛有整体结构和有机溶剂的容器设置为一密闭容器，该容器有一进口管和一出口管；（2）将液态CO₂从进口管输入，同时使有机溶剂从出口管抽出，使液态CO₂取代有机溶剂；（3）调节密闭容器的温度和压力，使液态CO₂达到超临界状态，即，使密闭容器的温度和压力超过液态CO₂的临界温度和临界压力。本实施例中，密闭容器的温度为35度，密闭容器的压力为9兆帕；（4）打开密闭容器，除去CO₂。

步骤S40中，可以采用溶液腐蚀法去除所述基底20。所述溶液可以根据基底20的材料进行选择。本实施例中，所述基底20的材料为铜，所以溶液可以选择浓硝酸。具体地，（1）配制浓硝酸溶液。（2）将步骤S30中获得的复合结构40放入浓硝酸溶液中一段时间，浓硝酸与铜常温下即可进行化学反应，即，浓硝酸将铜箔基底20完全腐蚀，得到由碳纳米管膜10和石墨烯膜30复合的碳纳米管-石墨烯复合膜50。所述时间与浓硝酸的浓度及基底20的大小有关。（3）为减小溶剂表面张力对碳纳米管膜10中微孔上面悬空的石墨烯膜30的破坏，用上述超临界CO₂的方法除去浓硫酸溶液。另，因为石墨烯膜30表面设置有碳纳米管膜10，而碳纳米管膜10有很好的强度，当所述碳纳米管-石墨烯复合膜50从浓硫酸溶液中取出时，浓硫酸溶液的重力不会破坏石墨烯膜30的结构。

可选择地，溶液腐蚀所述基体结束后，可以在去离子水中漂浮清洗所述碳纳米管-石墨烯复合膜50，清洗时间与碳纳米管-石墨烯复合膜50的大小及去离子水的多少有关。本实施例中，将所述碳纳米管-石墨烯复合膜50在300毫升的去离子水中漂浮清洗15分钟，然后重新更换去离子水，再重复操作一次。

步骤S50中，将所述碳纳米管膜10和石墨烯膜30复合而成的碳纳米管-石墨烯复合膜50先卷起来再加捻的方法至少有以下三种方法：

（1）请参见图1，将所述碳纳米管-石墨烯复合膜50固定於间隔设置的第一支撑体60和第二支撑体62上，沿同一方向同时转动所述第一支撑体60和第二支撑体62，且转动速度相同，所述碳纳米管-石墨烯复合膜50随着第一支撑体60和第二支撑体62的转动而卷起来。例如该碳纳米管-石墨烯复合膜50为一长方形，具有四条边，依次为边AB、边BC、边CD、边DA。将碳纳米管-石墨烯复合膜50由边AB向边CD的方向慢慢卷曲起来，卷曲的方向始终与边AB垂直，得到一复合初级线70。然后，使第一支撑体60停止并保持不动，同时使第二支撑体62继续转动，对所述复合初级线70进行加捻，最终得到碳纳米管复合线80。优选地，在卷曲碳纳米管-石墨烯复合膜50时，以边AB始终靠近石墨烯膜30的方式进行卷曲。

可以理解，也可以使第一支撑体60和第二支撑体62沿相反的方向转动，而对所述复合初级线70进行加捻。所述第一支撑体60和第二支撑体62转动的圈数与碳纳米管-石墨烯复合膜50的长度有关，更进一步，所述第一支撑体60和第二支撑体62转动的圈数与碳纳米管膜10的长度有关。当所述碳纳米管膜10的长度为1米时，该碳纳米管-石墨烯复合膜50被扭转1000圈至1500圈。

可以理解，在扭转的过程中，第一支撑体60和第二支撑体62仍需对所述碳纳米管-石墨烯复合膜50施加所述两个相反的拉力，从而使轴向基本沿碳纳米管-石墨烯复合膜50的长度方向延伸的碳纳米管在绷直的情况下扭转。当该碳纳米管绷直后，该碳纳米管之间的间隙减小，从而使形成的碳纳米管复合线80具有更高的机械强度。

本实施例中，所述第一支撑体60和第二支撑体62均由电机和针头组成，将针头安装在电机上，并用间隔设置的两个针头将所述碳纳米管-石墨烯复合膜50沿一条边CD挑起来，然后启动电机，使碳纳米管-石墨烯复合膜50由边AB向边CD的方向慢慢卷曲起来，然后，使其中一个电机停止转动，而另一个电机继续转动，对所述复合初级线70进行加捻，得到碳纳米管复合线80，如图9所示。

（2）请参见图10，首先，将碳纳米管-石墨烯复合膜50置于一平面上，且石墨烯膜30被碳纳米管膜10所承载。然后，将一根线状或杆状物体90靠近所述边AB放置于碳纳米管-石墨烯复合膜50上，且所述线状或杆状物体90与边AB平行。使边AB将所述线状或杆状物体90包裹并向边CD的方向慢慢将整个碳纳米管-石墨烯复合膜50卷曲起来，卷曲的方向始终与边AB垂直。将所述线状或杆状物体90抽出，得到复合初级线70。最后，再将所述复合初级线70进行加捻，得到碳纳米管复合线80。

（3）请参见图11，首先，将碳纳米管-石墨烯复合膜50置于一平面上，且石墨烯膜30被碳纳米管膜10所承载。然后，将一根线状或杆状物体90靠近所述碳纳米管-石墨烯复合膜50的一端点A放置于碳纳米管-石墨烯复合膜50上，且所述线状或杆状物体90与所述边AB具有一夹角。使碳纳米管-石墨烯复合膜50包裹所述线状或杆状物体90，由端点A沿着碳纳米管-石墨烯复合膜50的对角线AC慢慢将整个碳纳米管-石墨烯复合膜50卷曲起来。将所述线状或杆状物体90抽出，得到复合初级线70。最后，再将所述复合初级线70进行加捻，得到碳纳米管复合线80。优选地，所述线状或杆状物体90与所述边AB之间的夹角为45度。

当所述碳纳米管膜10为交叉重叠设置的多层碳纳米管拉膜时，沿所述碳纳米管-石墨烯复合膜50的对角线方向卷起来再加捻的方法得到的碳纳米管复合线80的机械强度更高，这是因为相邻碳纳米管拉膜中碳纳米管的延伸方向呈90度角，沿所述碳纳米管-石墨烯复合膜50的对角线方向卷起来再加捻的过程中，每一层碳纳米管拉膜中的碳纳米管均对所述碳纳米管复合线80的机械强度做出了贡献。

可以理解，所述碳纳米管-石墨烯复合膜50可以由多个碳纳米管膜10和多个石墨烯膜30交叉重叠设置形成。具体地，将第一碳纳米管膜10与第一石墨烯膜30远离第一基底20的表面贴合，利用溶液腐蚀法去掉该第一基底20后，再将该第一碳纳米管膜10远离所述第一石墨烯膜30的表面与一第二石墨烯膜30远离第二基底20的表面贴合，除去该第二基底20，如此重复操作，形成由多个碳纳米管膜10和多个石墨烯膜30交叉重叠设置的碳纳米管-石墨烯复合膜50。

可以理解，先将所述碳纳米管-石墨烯复合膜50卷成一圆筒型结构，然后将该圆筒型结构的两端分别沿相反的方向转动（即加捻），得到所述碳纳米管复合线80。所述复合初级线70经过加捻后机械强度会提高，其原因在于，加捻后，首尾相连的碳纳米管的“节点”处的近邻碳纳米管增多，相邻碳纳米管之间的距离变小，相邻碳纳米管之间的范德华力增强，相应地，机械强度增强。

卷曲所述碳纳米管-石墨烯复合膜50并对该碳纳米管-石墨烯复合膜50加捻的过程中，石墨烯膜30中的石墨烯片在扭转力的作用下被紧密挤压在一起，使碳纳米管膜10中首尾相连的相邻碳纳米管之间的“节点”处的机械强度增强，从而提高了碳纳米管复合线80的机械性能。

所述碳纳米管复合线80包括多个碳纳米管和多个石墨烯片，所述多个碳纳米管通过范德华力首尾相连，且该多个碳纳米管连续地绕所述碳纳米管复合线80的轴向螺旋状排列，多个石墨烯片分散于碳纳米管复合线80中，且多个石墨烯片紧密连接在一起。

当所述至少一碳纳米管膜10为两层交叉重叠设置的碳纳米管膜10，所述石墨烯膜30的层数为1层至5层时，所获得的碳纳米管复合线80具有良好的机械性能，同时具有较轻的重量。

本发明提供的碳纳米管复合线的制备方法具有以下优点：将碳纳米管膜与石墨烯膜复合成碳纳米管-石墨烯复合膜，并将该碳纳米管-石墨烯复合膜先卷起来再加捻，石墨烯膜中的石墨烯片在扭转力的作用下被紧密挤压在一起，致使首尾相连的碳纳米管的“节点”处的近邻碳纳米管增多，相邻碳纳米管之间的距离变小，相邻碳纳米管之间的范德华力增强，相应地，机械强度增强，从而提高了碳纳米管复合线的机械性能。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纳米管复合线的制备方法，包括以下步骤：

提供至少一碳纳米管膜，该至少一碳纳米管膜为自支撑结构；

提供一基底，在该基底上生长一石墨烯膜；

将所述至少一碳纳米管膜与所述石墨烯膜贴合形成一碳纳米管-石墨烯复合膜；

除去所述基底；以及

将所述碳纳米管-石墨烯复合膜卷成一卷后加捻，形成碳纳米管复合线。

2.如权利要求1所述的碳纳米管复合线的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个首尾相连且沿同一方向延伸的碳纳米管，该碳纳米管平行于碳纳米管膜的表面。

3.如权利要求1所述的碳纳米管复合线的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管相互缠绕或者各向同性排列。

4.如权利要求1所述的碳纳米管复合线的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管线状结构，该多个碳纳米管线状结构相互编织成网状结构，所述碳纳米管线状结构由非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线组成。

5.如权利要求1所述的碳纳米管复合线的制备方法，其特征在于，将所述至少一碳纳米管膜与所述石墨烯膜贴合的步骤具体包括：将所述至少一碳纳米管膜覆盖在石墨烯膜远离基底的表面；以及利用加热的金属轧辊施加压力于所述至少一碳纳米管膜，使所述至少一碳纳米管膜与所述石墨烯膜复合形成所述碳纳米管-石墨烯复合膜。

6.如权利要求1所述的碳纳米管复合线的制备方法，其特征在于，将所述至少一碳纳米管膜与所述石墨烯膜贴合的步骤具体包括：将所述至少一碳纳米管膜覆盖在石墨烯膜远离基底的表面；采用有机溶剂处理所述至少有一碳纳米管膜，利用有机溶剂挥发时的表面张力的作用，使所述碳纳米管膜与所述石墨烯膜复合形成所述碳纳米管-石墨烯复合膜；以及采用超临界CO₂的方法除去所述有机溶剂。

7.如权利要求1所述的碳纳米管复合线的制备方法，其特征在于，将所述碳纳米管-石墨烯复合膜卷成一卷后加捻的步骤具体包括：将所述碳纳米管-石墨烯卷成一圆筒型结构；以及将该圆筒形结构的两端分别沿相反的方向转动。

8.如权利要求1所述的碳纳米管复合线的制备方法，其特征在于，所述基底为铜箔，利用溶液腐蚀的方法除去所述基底，所述溶液为浓硝酸。

9.如权利要求1所述的碳纳米管复合线的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管-石墨烯复合膜由多个碳纳米管膜和多个石墨烯膜交叉重叠设置形成。

10.如权利要求1所述的碳纳米管复合线的制备方法，其特征在于，所述至少一碳纳米管膜为两层交叉重叠设置的碳纳米管膜，所述石墨烯膜的层数为1层至5层。