[发明专利]一种碳纳米管线轴及其制备方法与编织方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管线轴及其制备方法与编织方法，具体涉及一种通过从多壁碳纳米管中抽出内层然后进行缠绕以形成线轴并进行后续编织的方法，属于纳米材料及其制备技术领域。

背景技术

碳纳米管自1991年被日本科学家Iijima在Nature上报道以来，以其独特的结构和奇特的物理化学特征，在世界范围内引起了广泛的研究兴趣。其高韧性、强导电性、优异的场发射性能，兼具金属性和半导体性，在超强纤维、微纳米电子器件、场效应管、透明导电膜等方面有着广阔的应用前景。实现碳纳米管应用的一个重要前提是实现特定结构的碳纳米管的可控制备。

目前碳纳米管的制备方法主要包括电弧法、激光烧蚀法和化学气相沉积法，相比于前两种方法，化学气相沉积法具有参数易控、反应温度较低、使用体系广泛、易于放大等优点，在碳纳米管的制备工作中得到了广泛应用。即使如此，要想实现特定结构碳纳米管的精确可控制备依然是一件很困难的事情。虽然，目前利用水平生长的方法已可以制得近米级长度的具有相同手性和直径的碳纳米管。但是碳纳米管在基底上的准确定位与图案化仍是一件非常有挑战性的工作。目前常采用的定位方法包括气流定向法、电场或磁场定向法、基底表面作用（如基底表面原子台阶、晶格等）定向法等。其中气流定向法是一种偏宏观的定向方法，难以实现微米尺度上对碳纳米管的定位。而电场或磁场定向法主要对具有特定电学或磁学性质的碳纳米管起作用，并且定向的效果也不是很好。而基底表面作用定向法的可控性差，所制备的碳纳米管长度短，难以控制碳纳米管的生长密度，而且在基底的选择上受到很大限制。以上方法均难以满足微纳电子器件制造对碳纳米管布局和定位方面的要求。

另外，由于碳纳米管的生长条件极为苛刻，只能在某些特定的基底上和特定的生长条件下生长，在基底上生长的碳纳米管由于与基底之间存在着很强的相互作用力，难以将其从基底上剥离下来，即使能够剥离下来，对其有效储存及后续利用也是一个挑战。这种受限的原位生长以及难以转移和储存与碳纳米管的广泛需求之间存在着很多的矛盾，能否实现碳纳米管的可控转移和有效储存对于实现碳纳米管的广泛应用具有很重要的影响。

因此，找到一个有效的从基底上转移碳纳米管，并能将其有效圈绕并重新布线以及能够准确定位或图案化设计对于碳纳米管在微纳米电子器件及超强材料、机械储能等领域的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有碳纳米管制备手段难以实现碳纳米管位置精确控制以及在基底上原位生长的碳纳米管难以转移以便后续利用的限制，通过一种简单易行的方式实现将基底上制备的碳纳米管内层抽取出来缠绕成线轴，以便后续利用；这种碳纳米管线轴可储存备用，并可随时根据需要取出，进行编织、操控等后续使用。

本发明所提供的一种碳纳米管线轴的制备方法，包括如下步骤：

（1）将基底上的多壁碳纳米管阵列中的一根多壁碳纳米管的一端固定于一探针上；

（2）移动所述探针，将所述多壁碳纳米管外层拉断，继续移动所述探针即可将所述多壁碳纳米管的内层抽出；

（3）将所述多壁碳纳米管的内层缠绕在可旋转的转轴上即得所述碳纳米管线轴。

上述的制备方法中，所述基底具体可为硅片、石英片、蓝宝石和刚玉中的一种或多。

上述的制备方法中，所述多壁碳纳米管的壁数可以从两壁到数百壁。

上述的制备方法中，所述探针的尖端直径可为1nm~10mm，如5μm；具体可通过静电力、沉积无定形碳等固定层、使用粘合剂、利用两个物体的夹持力等众多方式中的一种或多种将所述碳纳米管的一端固定于所述探针上。

上述的制备方法中，所述转轴的直径可为10nm~100cm，具体可为1μm~100μm、1μm或100μm，长度可为10nm~200cm，具体可为2cm或3cm；所述转轴的转速可为0.01转/分钟~1000转/分钟，具体可为5转/分钟~30转/分钟、5转/分钟或30转/分钟。

本发明进一步提供了由上述方法提供的碳纳米管线轴；当所述多壁碳纳米管的内层在所述转轴上缠绕超过一周时，即可形成一个超长碳纳米管线轴；所述碳纳米管线轴可以留存备用，也可以对其中的碳纳米管进行编织。由于抽出的的碳纳米管线轴是从同一根超长碳纳米管中抽出来的，因此该碳纳米管线轴具有干净的表面、相同的壁数、直径和手性结构。

本发明还提供了上述碳纳米管线轴的编织方法，包括如下步骤：

（1）将所述碳纳米管线轴上的碳纳米管的自由端固定于一所述探针上；