[发明专利]一种超薄碳纳米管薄膜及其制备方法和装置

权利要求书

1.一种用于制备碳纳米管薄膜的方法，包括：

提供碳纳米管生长室，该碳纳米管生长室具有入口端和出口端，且在所述入口端和出口端之间至少包括相连通的第一级生长腔和第二级生长腔；

使用于形成碳纳米管的前驱体材料至少在所述碳纳米管生长室的第一级生长腔内发生反应生成碳纳米管；

使载气通过所述入口端流入所述生长室，并依次通过所述第一级生长腔和所述第二级生长腔，其中在所述第一级生长腔和第二生长腔的交界处，所述第一级生长腔在载气流动方向上的径向尺寸小于第二级生长腔的径向尺寸，且在第一级生长腔于第二级生长腔中开口的位置处，前驱体材料在载气的带动下产生吹泡过程，形成与第一级生长腔相连通的封闭的圆筒状碳纳米管薄膜；

在所述生长室的出口端连续收集碳纳米管薄膜。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一级生长腔（3a）为多个，共同开口在同一个第二级生长腔（14）中。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括第三级至第N级生长腔，N大于3，在载气流动方向上，第一级至第N级生长腔的平均径向尺寸依次增大。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一级至第N级生长腔中的每一个为管状，且直径互不相同，所述第一级至第N级生长腔连通形成阶梯管状生长室。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一级至第N级生长腔中的至少一个为锥管状。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一级生长腔和第二级生长腔为径向尺寸不同的管，在载气流动的方向上，第一级生长腔的一端伸入到第二级生长腔中，载气流过生长室时经过第一级生长腔和第二级生长腔的至少一部分。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述用于形成碳纳米管的前驱体材料包括催化剂和碳源。

8.一种碳纳米管薄膜，由权利要求1-7中的任一项所述的方法制备而成。

9.一种连续、自支撑的透明、导电碳纳米管薄膜，由长度为数百微米至厘米量级的、纯度大于90wt.%的单壁、双壁或多壁碳纳米管或管束组成，薄膜内的碳纳米管及管束呈二维无序分布的连续网络形式，孔隙率为20%-60%，厚度至少为1nm，生长速率至少为10m/h。

10.一种用于制备碳纳米管纤维的方法，包括：

利用权利要求1所述的方法生成碳纳米管薄膜；

将在所述生长室的出口端连续收集的碳纳米管薄膜浸入凝聚剂，使碳纳米管薄膜骤缩成连续碳纳米管纤维。

11.一种碳纳米管纤维，由权利要求10的方法制备而成。

12.一种碳纳米管薄膜的制备装置，包括：

碳纳米管生长室，具有入口端和出口端，在所述入口端和出口端之间至少包括相连通的第一级生长腔和第二级生长腔，其中所述入口端用于使载气流入，且至少一部分该载气依次通过第一级生长腔和第二级生长腔；所述第一级生长腔于第二级生长腔中开口的位置处于适宜碳纳米管生长的温度，且在所述第一级生长腔和第二生长腔的交界处，所述第一级生长腔在载气流动方向上的径向尺寸小于第二级生长腔的径向尺寸。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一级生长腔（3a）为多个，共同开口在同一个第二级生长腔（14）中。

14.根据权利要求12所述的装置，还包括第三级至第N级生长腔，N大于3，在载气流动方向上，第一级至第N级生长腔的平均径向尺寸依次增大。