碳納米管複合導線的製作方法
2023-05-16 22:28:41 1
碳納米管複合導線的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種碳納米管複合導線包括：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加捻構成，該碳納米管單紗的捻度為10轉/釐米到300轉/釐米，該碳納米管單紗的直徑為1微米到30微米；以及一金屬層，包覆於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。
【專利說明】碳納米管複合導線
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種超細導線，尤其是一種超細的碳納米管複合導線。
【背景技術】
[0002]超細導線具有廣泛的用途，現有技術中的超細導線通常採用金屬或合金。然而，當由金屬或合金作成的超細導線的直徑達到微米級時，例如I微米-50微米，其抗拉強度會顯著降低，難以滿足實際應用的要求。
[0003]碳納米管由於具有良好的機械性能，也廣泛應用於超細導線。現有技術中的碳納米管線，是由多個微觀的碳納米管相互連接，從而形成宏觀的超細導線。由碳納米管形成的超細導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,難以滿足導電性方面的要求。
[0004]為了提高所述碳納米管線的導電性能，有人提出將碳納米管線的表面形成一厚度為I?50納米的金屬層以提高其導電性。由於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，其導電性雖然與純的碳納米管線有一定的提高，但相對於純金屬線仍然相差數個數量級，導電性有待進一步提高。
實用新型內容
[0005]有鑑於此，確有必要提供一種具有較好耐用性及較高導電性能的碳納米管複合導線。
[0006]一種碳納米管複合導線包括: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加捻構成，該碳納米管單紗的捻度為10轉/釐米到300轉/釐米，該碳納米管單紗的直徑為I微米到30微米；以及一金屬層，包覆於所述碳納米管單紗的外表面，該金屬層厚度為I微米到5微米。
[0007]在一個實施例中，所述碳納米管單紗的直徑小於10微米，所述碳納米管單紗的捻度為250轉/釐米到300轉/釐米。
[0008]在另一個實施例中，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/釐米到150轉/釐米。
[0009]在另一個實施例中，所述碳納米管單紗的直徑為10微米到20微米，所述碳納米管單紗的捻度為200轉/釐米到250轉/釐米。
[0010]在一個實施例中，每一碳納米管與該碳納米管的徑向方向上相鄰的碳納米管之間的間距小於等於10納米。
[0011]在另一個實施例中，每一碳納米管與該碳納米管的徑向方向上相鄰的碳納米管之間的間距小於等於5納米。
[0012]與現有技術相比較，由本實用新型提供的碳納米管複合導線具有以下優點，其一，由於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，所述碳納米管複合導線在使用時，該金屬層可以起主要的導電作用，即，電流主要通過碳納米管複合導線的表層傳導，即通過金屬層傳導，形成類似驅膚效應，故，可以顯著提高所述碳納米管複合導線的電導率；其二，通過優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複合導線的機械性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型實施例提供的碳納米管複合導線的結構示意圖。
[0014]圖2為本實用新型實施例提供的碳納米管複合導線中的拉伸應力曲線。
[0015]主要元件符號說明
[0016]碳納米管複合導線100
[0017]碳納米管單紗 10
[0018]金屬層12
[0019]如下【具體實施方式】將結合上述附圖進一步說明本實用新型。
【具體實施方式】
[0020]請參照圖1，本實用新型提供一碳納米管複合導線100，包括一碳納米管單紗10以及一包覆於所述碳納米管單紗10外表面的金屬層12。
[0021]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的軸向旋轉加捻組成。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，並將所述碳納米管線的兩端相對迴轉形成。所述碳納米管線的兩端可以沿順時針方向迴轉，從而形成S捻；所述碳納米管線的兩端可以沿逆時針方向迴轉，從而形成Z捻。由於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範德華力首尾相連。故，在將所述碳納米管線的兩端相對迴轉的過程中，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，且在延伸方向通過範德華力首尾相連，進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迴轉的過程中，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範德華力顯著增加，並緊密相連。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於等於10納米。優選地，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於等於5納米。更優選地，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於等於I納米。由於所述碳納米管單紗10中沿徑向方向相鄰的碳納米管之間的間距較小且通過範德華力緊密相連，故，所述碳納米管單紗10具有光滑且緻密的表面結構。
[0022]所述碳納米管單紗10的直徑為I微米到30微米。所述碳納米管單紗10的捻度為10轉/釐米到300轉/釐米。所述捻度是指單位長度碳納米管線迴轉的圈數。當所述碳納米管單紗10的直徑確定時，適當的捻度可以使所述碳納米管單紗10具有較好的機械性能。這是由於，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。當所述碳納米管單紗10的直徑小於10微米時，所述碳納米管單紗10的捻度優選為250轉/釐米到300轉/釐米；而當所述碳納米管單紗10的直徑為10微米到20微米時，所述碳納米管單紗10的捻度優選為200轉/釐米到250轉/釐米；而當所述碳納米管單紗10的直徑為25微米到30微米時，所述碳納米管單紗10的捻度優選為100轉/釐米到150轉/釐米。所述碳納米管單紗10的機械強度可以達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/釐米。
[0023]由於所述碳納米管單紗10具有光滑且緻密的表面結構，故，所述金屬層12可以和所述碳納米管單紗10形成良好的結合，不易脫落。所述金屬層12均勻的包覆於所述碳納米管單紗10的外表面，其厚度為I微米到5微米。當所述金屬層12的厚度為I微米到5微米時，所述碳納米管複合導線100的電導率可以到達所述金屬層12中金屬的電導率的50%以上。當所述金屬層12的厚度太小時，例如小於I微米，一方面不能顯著提高所述碳納米管複合導線100的電導率，另一方面，還會使得該金屬層12在使用時容易被氧化，進一步降低所述碳納米管複合導線100的電導率及使用壽命。另外，實驗證明當所述金屬層12的厚度大於一定值時，例如大於5微米，所述碳納米管複合導線100的電導率不但不會顯著增加，還會額外增加所述碳納米管複合導線100的直徑。所述金屬層12的材料可以為金、銀、銅等導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，從而使該碳納米管複合導線100的電導率可以達到4.39X 107S/m，為金屬銅的電導率的75%左右。請參照圖2，本實施例中，所述碳納米管複合導線100的直徑約為35微米，其拉伸應力可以達到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複合導線100的拉伸應變率為3%左右。
[0024]所述金屬層12可以通過電鍍、化學鍍、蒸鍍等方法形成於所述碳納米管單紗10的外表面，進而形成所述碳納米管複合導線100。
[0025]本實用新型提供的碳納米管複合導線通過同時優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複合導線同時具有良好的力學和機械性能。具體地，首先，通過優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，由於所述金屬層具有較大的厚度，因此，所述碳納米管複合導線在使用時，所述金屬層起主要的導電作用，即，電流主要通過碳納米管複合導線的表層傳導，即通過金屬層傳導，形成類似驅膚效應，故，可以顯著提高所述碳納米管複合導線的電導率；最後，通過優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複合導線的機械性能。另外，所述碳納米管複合導線在使用時，即使所述金屬層被高溫熔斷，由於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複合導線保持通路狀態，進而提高所述碳納米管複合導線的耐用性。
[0026]另外，本領域技術人員還可以在本實用新型精神內做其它變化，這些依據本實用新型精神所做的變化，都應包含在本實用新型所要求保護的範圍內。
【權利要求】
1.一種碳納米管複合導線，其特徵在於，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加捻形成，該碳納米管單紗的捻度為10轉/釐米到300轉/釐米，該碳納米管單紗的直徑為I微米到30微米；以及 一金屬層，包覆於所述碳納米管單紗的外表面，該金屬層厚度為I微米到5微米。
2.如權利要求1所述的碳納米管複合導線，其特徵在於，所述碳納米管單紗的直徑小於10微米，所述碳納米管單紗的捻度為250轉/釐米到300轉/釐米。
3.如權利要求1所述的碳納米管複合導線，其特徵在於，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/釐米到150轉/釐米。
4.如權利要求1所述的碳納米管複合導線，其特徵在於，所述碳納米管單紗的直徑為10微米到20微米，所述碳納米管單紗的捻度為200轉/釐米到250轉/釐米。
5.如權利要求1所述的碳納米管複合導線，其特徵在於，所述碳納米管單紗為S捻或Z捻。
6.如權利要求1所述的碳納米管複合導線，其特徵在於，所述碳納米管單紗中的多個碳納米管通過範德華力緊密結合。
7.如權利要求1所述的碳納米管複合導線，其特徵在於，所述碳納米管與其延伸方向上相鄰的碳納米管之間通過範德華力首尾相連。
8.如權利要求6所述的碳納米管複合導線，其特徵在於，每一碳納米管與該碳納米管的徑向方向上相鄰的碳納米管之間的間距小於等於10納米。
9.如權利要求8所述的碳納米管複合導線，其特徵在於，每一碳納米管與該碳納米管的徑向方向上相鄰的碳納米管之間的間距小於等於5納米。
10.如權利要求1所述的碳納米管複合導線，其特徵在於，所述碳納米管單紗具有光滑且緻密的表面結構。
【文檔編號】H01B1/04GK204066767SQ201420199189
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】潛力, 王昱權 申請人:北京富納特創新科技有限公司