交叉网状碳纳米管薄膜及其制备方法

摘要

本申请涉及导电薄膜技术领域，提供了一种交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：获取碳纳米管阵列基材，从所述碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜；将所述碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，由所述A端部逐渐向所述收卷轴的与所述A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理；达到所述B端部后，再由所述B端部逐渐向所述A端部逐渐进行第二收卷处理；进行重复收卷处理，在所述收卷轴上形成交叉网状碳纳米管卷膜；再进行后处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜。该种缠绕方式提高膜层间结合力和CNT管径向力学电学性能，使制备出的膜材宽幅不再受制于基材宽度，便于量产化。

权利要求

1.一种交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取碳纳米管阵列基材，从所述碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜；

将所述碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，并由所述A端部逐渐向所述收卷轴的与所述A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理；达到所述B端部后，再由所述B端部逐渐向所述A端部逐渐进行第二收卷处理；所述第一收卷处理和所述第二收卷处理过程中，所述碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角为30°～45°；

所述第一收卷处理和所述第二收卷处理为重复收卷处理，且所述重复收卷处理至少进行一次，在所述收卷轴上形成交叉网状碳纳米管卷膜；

将所述交叉网状碳纳米管卷膜进行后处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜；

其中，交叉层叠碳纳米管卷膜的层数为200～1000层；

在所述重复收卷处理的步骤中，控制不同周期收卷处理的第一收卷处理和第二收卷处理的碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角不同。

2.根据权利要求1所述的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，从所述碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜的方法包括如下步骤：所述碳纳米管阵列基材进切割处理形成窄条碳纳米管阵列基材，从所述窄条碳纳米管阵列基材拉出窄碳纳米管单膜。

3.根据权利要求2所述的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，所述窄碳纳米管单膜的宽度为0.5～2厘米。

4.根据权利要求2所述的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，所述切割处理的方法选自机械刀切割处理或等离子体切割处理。

5.根据权利要求1所述的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，所述重复收卷处理的步骤中，包括：所述重复收卷处理的步骤中，包括：控制所述交叉网状碳纳米管薄膜的交叉角度，控制所述收卷轴不移动，调整所述碳纳米管阵列基材做往复移动的速度和所述收卷轴的转速，以实现所述重复收卷处理；和/或，根据所述交叉网状碳纳米管薄膜的交叉角度，控制所述碳纳米管阵列基材不移动，调整所述收卷轴的自转速度和往复移动速度，以实现所述重复收卷处理。

6.根据权利要求1所述的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，将所述交叉层叠碳纳米管卷膜进行后处理的步骤中，包括：将所述交叉层叠碳纳米管卷膜依次进行裁剪、致密处理。

7.一种交叉网状碳纳米管薄膜，其特征在于，所述交叉网状碳纳米管薄膜由权利要求1～6任一所述的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法制备得到。

说明书

交叉网状碳纳米管薄膜及其制备方法

技术领域

[0001] 本申请属于导电薄膜技术领域，尤其涉及一种交叉网状碳纳米管薄膜及其制备方法。

背景技术

[0002] 碳纳米管作为一种纳米材料，具有良好的力学、导电、传热等性质，实验证明，采用碳纳米管制备的碳纳米管薄膜能够拥有更强的力学强度，提高应用情况。

[0003] 目前，常规的是利用FCCVD法制备碳纳米管薄膜，第一种方法是直接把石英管炉子里面生长的絮状碳纳米管气凝胶从管子里面引出，收卷成厚的凝胶，然后致密处理，得到碳纳米管薄膜。该方法得到的碳纳米管薄膜层间结合力和横向结合力都比较强，不易分散，可独立存放，无需基材。但是该方法碳源转化率低，薄膜内部碳纳米管排列杂乱无序，杂质多，无定形碳较多，表面粗糙，厚度极不均匀；第二种方法是利用FCCVD法在处理的圆形硅片基材上生长超顺排的阵列碳纳米管，然后取出长有碳纳米管的基材，利用干法拉膜工艺平行拉出一定宽度的纤维束进行收卷，得到超顺排碳纳米管薄膜。该种方法制备的薄膜CNT排列十分有序，超高纯度(>99.8％),厚度均匀度高且可控，表面光滑。但该方法制备的碳纳米管薄膜，为保证拉膜宽度和厚度的一致性，只有利用基材中间能形成闭合长方形区域才能提供持续稳定宽度膜源，这样导致基材利用率低，而且膜最大宽度最多与基材方形区域宽度一致，扩大面积受限。性能方面，薄膜顺排方向和垂直方向力学性能和导电性能差异过大，顺排方向电导率高，力学性能优异，但垂直方向碳纳米管束之间结合力几乎为零，所以极易分散。不利于检测、使用及量产化。

发明内容

[0004] 本发明要解决的问题

[0005] 本申请的目的在于提供一种交叉网状碳纳米管薄膜及其制备方法，旨在解决现有技术中采用碳纳米管阵列拉膜方式采用平行拉膜，导致薄膜垂直拉伸方向管间结合力弱、易分裂的问题。

[0006] 解决问题的方法

[0007] 为实现上述申请目的，本发明采用的技术方案如下：

[0008] 本发明一方面提供一种交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：

[0009] 获取碳纳米管阵列基材，从所述碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜；

[0010] 将所述碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，由所述A端部逐渐向所述收卷轴的与所述A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理；达到所述B端部后，再由所述B端部逐渐向所述A端部逐渐进行第二收卷处理；

[0011] 所述第一收卷处理和所述第二收卷处理为重复收卷处理，且所述重复收卷处理至少进行一次，在所述收卷轴上形成交叉网状碳纳米管卷膜；

[0012] 将所述交叉网状碳纳米管卷膜进行后处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜。

[0013] 优选的，所述第一收卷处理和所述第二收卷处理过程中，所述碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角大于0°，且小于90°。

[0014] 优选的，所述第一收卷处理和所述第二收卷处理过程中，所述碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角为0°～45°。

[0015] 优选的，从所述碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜的方法包括如下步骤：所述碳纳米管阵列基材进切割处理形成窄条碳纳米管阵列基材，从所述窄条碳纳米管阵列基材拉出窄碳纳米管单膜。

[0016] 优选的，所述窄碳纳米管单膜的宽度为0.5～15厘米。

[0017] 优选的，所述切割处理的方法选自机械刀切割处理或等离子体切割处理。

[0018] 优选的，所述交叉层叠碳纳米管卷膜的层数为10～1000层。

[0019] 优选的，所述重复收卷处理的步骤中，包括：控制所述交叉网状碳纳米管薄膜的交叉角度，控制所述收卷轴不移动，调整所述碳纳米管阵列基材做往复移动的速度和所述收卷轴的转速，以实现所述重复收卷处理。

[0020] 优选的，根据所述交叉网状碳纳米管薄膜的交叉角度，控制所述碳纳米管阵列基材不移动，调整所述收卷轴的自转速度和往复移动速度，以实现所述重复收卷处理。

[0021] 优选的，将所述交叉层叠碳纳米管卷膜进行后处理的步骤中，包括：将所述交叉层叠碳纳米管卷膜依次进行裁剪、致密处理。

[0022] 本发明另一方面提供一种交叉网状碳纳米管薄膜，所述交叉网状碳纳米管薄膜由所述的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法制备得到。

[0023] 发明效果

[0024] 本发明提供的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，该制备方法将从所述碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，并由所述A端部逐渐向所述收卷轴的与所述A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理；达到所述B端部后，再由所述B端部逐渐向所述A端部逐渐进行第二收卷处理；并重复第一收卷处理和第二收卷处理后，进行后处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜；一方面，控制碳纳米管单膜进行第一收卷处理和第二收卷处理，能够确保制备得到的膜内部结构为交叉网状结构，有利于提高垂直拉伸方向的结合力和纤维管束邻间结合力，提高了碳纳米管薄膜的结合力和韧性，改善了传统的碳纳米管阵列拉膜得到的薄膜垂直轴向方向的纤维结合力弱的问题；另一方面，进行多次重复第一收卷处理和第二收卷处理的收膜方式，使得制得的碳纳米管薄膜宽幅不再受制于基材尺寸限制，可以满足不同宽幅需求，便于量产。

[0025] 本发明提供的交叉网状碳纳米管薄膜，该交叉网状碳纳米管薄膜由交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法制备得到，确保得到的膜内部结构为交叉网状结构，有利于提高垂直拉伸方向的结合力和纤维管束邻间结合力，同时碳纳米管薄膜宽幅不再受制于基材尺寸限制，可以满足不同宽幅需求，有利于广泛使用。

附图说明

[0026] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0027] 图1是本申请实施例提供的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法的流程图。

[0028] 图2是本申请实施例提供的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法的流程图。

[0029] 图3是本申请实施例提供的交叉网状碳纳米管薄膜的截面图。

[0030] 图4是本申请实施例提供的传统平行收卷碳纳米管薄膜的制备方法的流程图。

[0031] 图5是本申请实施例提供的平行收卷碳纳米管薄膜的截面图。

[0032] 图6是本申请实施例提供的碳纳米管薄膜的静态力学性能测试操作示意图。

具体实施方式

[0033] 为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0034] 本申请中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0035] 本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a‑b(即a和b),a‑c,b‑c,或a‑b‑c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

[0036] 应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

[0037] 在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

[0038] 本申请实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本申请实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本申请实施例说明书公开的范围之内。具体地，本申请实施例说明书中所述的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

[0039] 术语“第一“、“第二”仅用于描述目的，用来将目的如物质彼此区分开，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XX也可以被称为第二XX，类似地，第二XX也可以被称为第一XX。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

[0040] 采用传统的碳纳米管阵列进行拉膜的过程中，发明人经反复研究发现，拉膜的步骤大致包括：从碳纳米管阵列中平行拉膜，将其卷曲，卷曲一定厚度后进行裁剪，对裁剪后的膜进行致密，最后得出碳纳米管薄膜。一般情况下，通过这种传统的碳纳米管阵列拉膜方式获得的碳纳米管薄膜的宽度基本是一开始从碳纳米管阵列中拉出来的膜的宽度。同时，由于平行拉膜得到的碳纳米管薄膜为层叠的整齐排列的薄膜，导致垂直方向碳纳米管束之间结合力几乎为零，所以极易分散。不利于检测、使用及量产化。

[0041] 本申请实施例第一方面提供一种交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，如图1‑2所示，包括如下步骤：

[0042] S01.获取碳纳米管阵列基材，从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜；

[0043] S02.将碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，并由A端部逐渐向收卷轴的与A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理。达到B端部后，再由B端部逐渐向A端部逐渐进行第二收卷处理。

[0044] S03.第一收卷处理和第二收卷处理为重复收卷处理，且重复收卷处理至少进行一次，在收卷轴上形成交叉网状碳纳米管卷膜。

[0045] S04.将交叉网状碳纳米管卷膜进行后处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜。

[0046] 本发明提供的交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，该制备方法将从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，并由A端部逐渐向收卷轴的与A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理；达到B端部后，再由B端部逐渐向A端部逐渐进行第二收卷处理；并重复第一收卷处理和第二收卷处理后，进行后处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜；一方面，控制碳纳米管单膜以已设定好的一定的夹角进行第一收卷处理和第二收卷处理，能够确保制备得到的膜内部结构为交叉网状结构，有利于提高垂直拉伸方向的结合力和纤维管束邻间结合力，提高了碳纳米管薄膜的结合力和韧性，改善了传统的碳纳米管阵列拉膜得到的薄膜垂直轴向方向的纤维结合力弱的问题；另一方面，进行多次重复第一收卷处理和第二收卷处理的收膜方式，使得制得的碳纳米管薄膜宽幅不再受制于基材尺寸限制，可以满足不同宽幅需求，便于量产。

[0047] 具体的，上述步骤S01中，获取碳纳米管阵列基材，从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜。

[0048] 在一些实施例中，碳纳米管阵列基材选自碳纳米管生长的密度均匀，阵列生长角度均保持垂直，碳纳米管缺陷小的阵列，确保从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜的质量就越高，可匀速一直连续拉出膜，否则中途容易出现断裂现象。

[0049] 在一些实施例中，碳纳米管阵列基材选自基板上垂直向上生长得到的碳纳米管层，且，选择的碳纳米管阵列基材为均匀指向同一方向的，确保得到的碳纳米管薄膜排列整齐。

[0050] 本实施例中，从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜，拉出碳纳米管单膜，以单膜进行卷曲，能够形成层叠的碳纳米管膜。

[0051] 在一些实施例中，从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜的方法包括如下步骤：对碳纳米管阵列基材进切割处理形成窄条碳纳米管阵列基材，从窄条碳纳米管阵列基材拉出窄碳纳米管单膜。对碳纳米管阵列基材进行预处理，再进行拉膜，能够控制碳纳米管单膜的宽度，使得拉出来的单膜不是原碳纳米管阵列基材的宽度；从窄条碳纳米管阵列基材拉出窄碳纳米管单膜进行卷绕，能够控制缠绕膜的宽度，有利于在较小规格的收卷轴基材上制备交叉缠绕膜。

[0052] 在一些实施例中，窄碳纳米管单膜的宽度为0.5～2厘米。窄碳纳米管单膜的宽度可根据具体需求进行控制，在具体使用过程中，窄碳纳米管单膜的宽度不限于0.5～2厘米。

[0053] 在一些实施例中，切割处理的方法选自机械刀切割处理或等离子体切割处理。只需要确定碳纳米管阵列的宽度，在采用任意一种切割方法进行切割处理确保得到窄碳纳米管单膜即可。

[0054] 具体实施例中，获取碳纳米管阵列基材，采用等离子体对碳纳米管阵列基材进行划线切割成具有一定宽度的条碳纳米管阵列基材，从窄条碳纳米管阵列基材拉出窄碳纳米管单膜。

[0055] 具体的，步骤S02中，将碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，并由A端部逐渐向收卷轴的与A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理；达到B端部后，再由B端部逐渐向A端部逐渐进行第二收卷处理。

[0056] 进行收卷处理过程中，一方面，控制碳纳米管单膜进行第一收卷处理和第二收卷处理，能够确保制备得到的膜内部结构为交叉网状结构，有利于提高垂直拉伸方向的结合力和纤维管束邻间结合力，提高了碳纳米管薄膜的结合力和韧性，改善了传统的碳纳米管阵列拉膜得到的薄膜垂直轴向方向的纤维结合力弱的问题；另一方面，进行多次重复第一收卷处理和第二收卷处理的收膜方式，使得制得的碳纳米管薄膜宽幅不再受制于基材尺寸限制，可以满足不同宽幅需求，便于量产。

[0057] 在一些实施例中，由于碳纳米管单膜具有一定的黏附性，与收卷轴进行接触的过程中可直接黏贴在轴表面，有利于进行卷曲。

[0058] 在一些实施例中，将碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，并由A端部逐渐向收卷轴的与A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理。在进行第一收卷处理中，控制碳纳米管单膜由A端部逐渐向收卷轴的与A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理，使碳纳米管单膜与收卷轴形成一定的角度，能够确保得到的膜内部结构为交叉网状结构，有利于提高垂直方向碳纳米管束之间的结合力，确保不易分散、不易裂开。进一步，进行第一收卷处理之后，使碳纳米管单膜达到B端部后，再由B端部逐渐向A端部逐渐进行第二收卷处理。进行第一收卷处理后再进行第二收卷处理，并且进行第二收卷处理中，控制碳纳米管单膜达到B端部后，再由B端部逐渐向A端部逐渐进行第二收卷处理，使碳纳米管单膜与收卷轴径向之间形成一定角度，能够保证碳纳米管单膜在卷轴上呈一定斜度排列卷曲的单层碳纳米管膜。

[0059] 在一些实施例中，第一收卷处理和第二收卷处理的过程中，碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角大于0°，且小于90°；控制碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角大于0°，确保碳纳米管单膜与收卷轴不是进行平行收卷而是呈角度收卷，能够确保有利于形成交叉网状结构的碳纳米管薄膜；控制碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角小于90°，确保碳纳米管单膜缠绕于收卷轴表面，若碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角为90°，则碳纳米管单膜缠绕于收卷轴的上下表面，无法较好制备碳纳米管薄膜。在一些实施例中，第一收卷处理和第二收卷处理的过程中，碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角为相同角度或不同角度，控制第一收卷处理和第二收卷处理的过程中碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角为相同角度，则多次重复交叉卷绕收膜处理形成的交叉层叠碳纳米管卷膜排列整齐，为采用同一角度的斜度进行反复卷曲，得到的交叉层叠碳纳米管卷膜表面的交叉网状大小一致；控制第一收卷处理和第二收卷处理的过程中碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角为不同角度，则多次重复交叉卷绕收膜处理形成的交叉层叠碳纳米管卷膜垂直拉伸方向的结合力更强，更能够提高纤维束的邻间结合力，更有利于使用。

[0060] 在一个实施方式中，第一收卷处理和第二收卷处理的过程中，碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角为相同角度，为30°～45°，得到的交叉层叠碳纳米管卷膜排列整齐，且表面的交叉网状大小一致。

[0061] 具体的，步骤S03中，第一收卷处理和第二收卷处理为重复收卷处理，且重复收卷处理至少进行一次，在收卷轴上形成交叉网状碳纳米管卷膜。其中，单次完整收卷处理包括完成第一收卷处理和第二收卷处理；重复收卷处理为进行多次第一收卷处理和多次第二收卷处理。

[0062] 在一些实施例中，如图1所示，重复收卷处理的步骤中，控制“基材平行移动，转轴不移动”，具体包括：控制交叉网状碳纳米管薄膜的交叉角度，控制收卷轴不移动，调整碳纳米管阵列基材做往复移动的速度和收卷轴的转速，以实现重复收卷处理。

[0063] 在一些实施例中，如图2所示，重复收卷处理的步骤中，控制“基材不动，转轴平行移动”，具体包括：根据交叉网状碳纳米管薄膜的交叉角度，控制碳纳米管阵列基材不移动，调整收卷轴的自转速度和往复移动速度，以实现重复收卷处理。

[0064] 在一些实施例中，重复收卷处理的步骤中，可控制不同周期收卷处理的第一收卷处理和第二收卷处理的碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角不同，使得到的多次重复交叉卷绕收膜处理形成的交叉层叠碳纳米管卷膜垂直拉伸方向的结合力更强，更能够提高纤维束的邻间结合力，更有利于使用。

[0065] 在一些实施例中，形成交叉层叠碳纳米管卷膜，交叉层叠碳纳米管卷膜的层数为200～1000层，但不限于此。通过交叉层叠形成多层碳纳米管卷膜，能够确保制备得到的膜内部结构为交叉网状结构，有利于提高垂直拉伸方向的结合力和纤维管束邻间结合力，提高了碳纳米管薄膜的结合力和韧性，改善了传统的碳纳米管阵列拉膜得到的薄膜垂直轴向方向的纤维结合力弱的问题。

[0066] 具体的，步骤S04，将交叉层叠碳纳米管卷膜进行后处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜。

[0067] 在一些实施例中，将交叉层叠碳纳米管卷膜进行后处理的步骤中，包括：将交叉层叠碳纳米管卷膜依次进行裁剪、致密处理。

[0068] 在一些实施例中，将交叉层叠碳纳米管卷膜进行裁剪，得到一张每层碳纳米管薄膜的排列不同的碳纳米管膜。

[0069] 在一些实施例中，将裁剪后的碳纳米管膜进行致密处理，此处不限制致密的方法，现有技术中的对碳纳米管膜进行致密的方法均可。

[0070] 本申请实施例第二方面提供一种交叉网状碳纳米管薄膜，如图3所示，交叉网状碳纳米管薄膜由交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法制备得到。

[0071] 本发明提供的交叉网状碳纳米管薄膜，该交叉网状碳纳米管薄膜由交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法制备得到，确保得到的膜内部结构为交叉网状结构，有利于提高垂直拉伸方向的结合力和纤维管束邻间结合力，同时碳纳米管薄膜宽幅不再受制于基材尺寸限制，可以满足不同宽幅需求，有利于广泛使用。

[0072] 下面结合具体实施例进行说明。

[0073] 实施例1

[0074] 一种交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：

[0075] (1)获取碳纳米管阵列基材，从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜；

[0076] 具体为：获取长有阵列碳纳米管的基材，有碳纳米管的面朝上，平行放置并固定在拉膜用的一个操作平台上，将操作台与收卷轴平行放置，高度同一水平面；用刀片轻轻在碳纳米管阵列基材面上的阵列碳纳米管区域刮出一定宽度的碳纳米管单膜，宽度50mm；

[0077] (2)将碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，并由A端部逐渐向收卷轴的与A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理；达到B端部后，再由B端部逐渐向A端部逐渐进行第二收卷处理，且碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角小于90°；第一收卷处理和第二收卷处理为重复收卷处理，且重复收卷处理至少进行一次，在收卷轴上形成交叉网状碳纳米管卷膜；

[0078] 具体为：将碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，并由A端部逐渐向收卷轴的与A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理；达到B端部后，再由B端部逐渐向A端部逐渐进行第二收卷处理；进行重复收卷处理，控制“基材平行移动，转轴不移动”，具体包括：控制交叉网状碳纳米管薄膜的交叉角度，控制收卷轴不移动，调整碳纳米管阵列基材做往复移动的速度和收卷轴的转速，以实现重复收卷处理，形成交叉层叠碳纳米管卷膜；其中，第一收卷处理和第二收卷处理中，碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角均为30°；

[0079] (3)将交叉层叠碳纳米管卷膜进行后处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜；

[0080] 具体为：将交叉层叠碳纳米管卷膜进行收卷完成后，用刀片把收卷轴上的碳纳米管薄膜划开，由圆筒状拆开成长方形，把取下的长方形的碳纳米管薄膜平铺PTFE膜上，做致密处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜，控制得到的交叉网状碳纳米管薄膜的厚度为6微米。

[0081] 实施例2

[0082] 一种交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：

[0083] (1)获取碳纳米管阵列基材，从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜；

[0084] 具体为：获取长有阵列碳纳米管的基材，有碳纳米管的面朝上，平行放置并固定在拉膜用的一个操作平台上，将操作台与收卷轴平行放置，高度同一水平面；用刀片轻轻在碳纳米管阵列基材面上的阵列碳纳米管区域刮出一定宽度的碳纳米管单膜，宽度50mm；

[0085] (2)将碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，并由A端部逐渐向收卷轴的与A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理；达到B端部后，再由B端部逐渐向A端部逐渐进行第二收卷处理，且碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角小于90°；第一收卷处理和第二收卷处理为重复收卷处理，且重复收卷处理至少进行一次，在收卷轴上形成交叉网状碳纳米管卷膜；

[0086] 具体为：将碳纳米管单膜的一端引入至收卷轴的A端部，并由A端部逐渐向收卷轴的与A端部相对的B端部逐渐进行第一收卷处理；达到B端部后，再由B端部逐渐向A端部逐渐进行第二收卷处理；进行重复收卷处理，控制“基材不动，转轴平行移动”，具体包括：根据交叉网状碳纳米管薄膜的交叉角度，控制碳纳米管阵列基材不移动，调整收卷轴的自转速度和往复移动速度，以实现重复收卷处理，形成交叉层叠碳纳米管卷膜；其中，第一收卷处理和第二收卷处理中，碳纳米管单膜与收卷轴径向之间的夹角均为45°；

[0087] (3)将交叉层叠碳纳米管卷膜进行后处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜；

[0088] 具体为：将交叉层叠碳纳米管卷膜进行收卷完成后，用刀片把收卷轴上的碳纳米管薄膜划开，由圆筒状拆开成长方形，把取下的长方形的碳纳米管薄膜平铺PTFE膜上，做致密处理，得到交叉网状碳纳米管薄膜，控制得到的交叉网状碳纳米管薄膜的厚度为10微米。

[0089] 实施例3

[0090] 在实施例1基础上，增加基材数量至3片基材在垂直方向错落有致的放置或者在水平方向依次排开；其余步骤同实施例1一致。

[0091] 实施例4

[0092] 在实施例2基础上，增加基材数量至6片基材在垂直方向错落有致的放置或者在水平方向依次排开；其余步骤同实施例2一致。

[0093] 对比例1

[0094] 一种交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，如图4所示，包括如下步骤：

[0095] (1)获取碳纳米管阵列基材，从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜；

[0096] 具体为：获取长有阵列碳纳米管的基材，有碳纳米管的面朝上，平行放置并固定在拉膜用的一个操作平台上，将操作台与收卷轴平行放置，高度同一水平面；从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜；

[0097] (2)将碳纳米管单膜平行接入收卷轴，打开收卷轴控制器操作页面，调整收卷速率和圈数，点击启动按钮，收卷轴开始按逆时针方向转动收卷，形成平行层叠碳纳米管卷膜；

[0098] (3)将平行层叠碳纳米管卷膜进行后处理，得到碳纳米管薄膜；

[0099] 具体为：将平行层叠碳纳米管卷膜进行收卷完成后，用刀片把收卷轴上的碳纳米管薄膜划开，由圆筒状拆开成长方形，把取下的长方形的碳纳米管薄膜平铺PTFE膜上，做致密处理，得到碳纳米管薄膜，如图5所示，控制得到的碳纳米管薄膜的厚度为6微米。

[0100] 对比例2

[0101] 一种交叉网状碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：

[0102] (1)获取碳纳米管阵列基材，从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜；

[0103] 具体为：获取长有阵列碳纳米管的基材，有碳纳米管的面朝上，平行放置并固定在拉膜用的一个操作平台上，将操作台与收卷轴平行放置，高度同一水平面；从碳纳米管阵列基材拉出碳纳米管单膜；

[0104] (2)将碳纳米管单膜平行接入收卷轴，打开收卷轴控制器操作页面，调整收卷速率和圈数，点击启动按钮，收卷轴开始按逆时针方向转动收卷，形成平行层叠碳纳米管卷膜；

[0105] (3)将平行层叠碳纳米管卷膜进行后处理，得到碳纳米管薄膜；

[0106] 具体为：将平行层叠碳纳米管卷膜进行收卷完成后，用刀片把收卷轴上的碳纳米管薄膜划开，由圆筒状拆开成长方形，把取下的长方形的碳纳米管薄膜平铺PTFE膜上，做致密处理，得到碳纳米管薄膜，控制得到的碳纳米管薄膜的厚度为10微米。

[0107] 性质测定

[0108] 将实施例1～2得到的交叉网状碳纳米管薄膜和对比例1～2得到的碳纳米管薄膜进行碳纳米管膜轴向强度和碳纳米管膜垂直轴向强度的性质测定。

[0109] 测定方法如下：

[0110] 本文碳纳米管薄膜的静态力学性能测试参考碳纤维单丝拉伸性能测试标[0111] 准BS ISO11566:1996进行，测试仪器为日本岛津Shimadzu AGS‑X 10KN型万能材料试验机。测试时，为便于夹持测试试样，将碳纳米管薄膜固定在自制硬纸板模具上如图6所示。测试样品尺寸：长度：16mm，宽度0.5‑1mm。实验条件：传感器载荷10N，加载速度：5mm/min。

[0112] 结果分析

[0113] 将实施例1～2得到的交叉网状碳纳米管薄膜和对比例1～2得到的碳纳米管薄膜进行碳纳米管膜轴向强度和碳纳米管膜垂直轴向强度的性质测定，结果如表1所示，可知：实施例1采用交叉收卷的方式得到的厚度为6微米的交叉网状碳纳米管薄膜的碳纳米管膜轴向强度为833MPa，垂直轴向强度为442MPa；实施例2采用交叉收卷的方式得到的厚度为10微米的交叉网状碳纳米管薄膜的碳纳米管膜轴向强度为1098MPa，垂直轴向强度为669MPa；
对比例1采用平行收卷的方式得到的厚度为6微米的碳纳米管薄膜的碳纳米管膜轴向强度为852MPa，垂直轴向强度为93MPa；对比例2采用平行收卷的方式得到的厚度为6微米的碳纳米管薄膜的碳纳米管膜轴向强度为1115MPa，垂直轴向强度为114MPa。

[0114] 综上，本发明提供的交叉缠绕的碳纳米管单膜以一定的交叉角度进行卷绕，能够确保制备得到的膜内部结构为交叉网状结构，有利于提高垂直拉伸方向的结合力和纤维管束邻间结合力，提高了碳纳米管薄膜的结合力和韧性，改善了传统的碳纳米管阵列拉膜得到的薄膜垂直轴向方向的纤维结合力弱的问题；另一方面，采用多次重复交叉卷绕的收膜方式，使得制得的碳纳米管薄膜宽幅不再受制于基材尺寸限制，可以满足不同宽幅需求，便于量产。

[0115] 表1

[0116]

[0117]

[0118] 以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。