[发明专利]碳纳米结构体的新型二级结构物、其集合束及包含其的复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及新型的碳纳米结构体的二级结构物、其集合束以及包含其的复合材料。

背景技术

碳纳米结构体（carbon nanostructure,CNS）是指，具有纳米管、富勒烯、纳米锥、纳米角、纳米棒等各种形状的纳米级大小的碳的结构体，碳纳米结构体具有优良的性质，因而广泛利用于各种技术领域中。

尤其，其中的碳纳米管（CNT）为以六边形排列的碳原子构成管形状的物质，直径约为1nm至100nm。根据碳纳米管特有的手性，其表现出绝缘体、导体或者半导体等性质，且碳原子通过强的共价键相连接，拉伸强度比钢铁大100倍以上，还具有出色的柔韧性、弹性及化学稳定性等特性。

碳纳米管的种类包括由单片层构成且直径约为1nm的单壁碳纳米管（single-walled carbon nanotube,SWCNT）、由双片层构成且直径约为1.4nm至3nm的双壁碳纳米管（double-walled carbon nanotube,DWCNT）以及由三层或三层以上的片层构成且直径约为5nm至100nm的多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotube,MWCNT）。

因其化学稳定性、优良的柔韧性及弹性等特征，在航天航空、燃料电池、复合材料、生物技术、医药、电气电子、半导体等各种领域，正进行碳纳米管的产品化及应用研究。但是，碳纳米管的一级结构，在直接调节其直径或长度以达到可应用于工业的实际标准的方面存在局限性。因此碳纳米管虽然有出色的物理性质，但是工业调适或适用范围上受限。

为了将以往的碳纳米结构体的功能（诸如作为结构增强材料、化学功能体的碳纳米管）更加多样化，而使用了将碳纳米结构体的一级结构物共同形成于平坦基板后，在经过独立的纺纱过程（spinning process），以物理方法使其生长的方法[Zhang,X.；Li,Q.；Tu,Y.；Li,Y.；Coulter，J.Y.；Zheng,L.；Zhao,Y.；Jia,Q.；Peterson,D.E.；Zhu,Y.Small，2007，3，244]。但是这些现有的方法，在平板式生长之后还需要另行经过纺纱过程，因而产率很低。通过这些工序生产出的碳纳米管纱具有生长为如图1所示的平板式的多层结构[Adv.Mater.Vol.22，2010，pages692-696（2009.11.24.）]。

此外，还有其他制备各种结构及大小的碳纳米管的集合束的方法，通过这些方法制备出的结构物如图2[(（a）Jia,Y.；He,L.；Kong,L.；Liu,J.；Guo,Z.；Meng,F.；Luo,T.；Li,M.；Liu,J.Carbon，2009，47，1652；（b）Zhang,X.；Cao,A.；Li,Y.；Xu,C.；Liang,J.；Wu,D.；Wei,B.Chem.Phys.Lett.,2002,351,183；（c）Kathyayini,H.；Willems,I.；Fonseca,A.；Nagy,J.B.；Nagaraju,N.Cat.Commun.，2006，7，140；（d）Li,Y.；Zhang,X.B.；Tao,X.Y.；Xu,J.M.；Huang,W.Z.；Luo,J.H.；Luo,Z.Q.；Li,T.；Liu,F.；Bao,Y.；Geise，H.J.Carbon，2005，43，295]。图2的结构物中各自的形状和大小都有若干差异，但具有均不是中空型而是实心型的共同点。

在纳米化学方面，中空型结构有很多优点。因此若能够利用化学稳定性、弹性、柔韧性优良的碳纳米结构体来形成中空型结构物，则其利用度会更加提高。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的在于，提供能够更有效地适用于要求更多样的直径、长度等标准的能源材料、功能性复合材料、电池、半导体等的新型的碳纳米结构体（CNS）的二级结构物、其集合束以及包含其的复合材料。

技术方案

为了达到本发明的上述目的，提供碳纳米结构体的二级结构物，其由多个碳纳米结构体以整体或部分地构成管形状的方式组装而成。

根据本发明的一个优选实施方案，上述碳纳米结构体的二级结构物可为由多个碳纳米结构体相互缠绕而形成的缠绕结构物。

根据本发明的一个优选实施方案，上述碳纳米结构体的二级结构物具有的管形状，可以将沿着管的直径方向拍摄的电子显微镜像片的对比度为90％时的直径作为有效内径。

根据本发明的一个优选实施方案，可以利用MATLAB通过数字图像处理来计算上述对比度。