[发明专利]碳纳米管的制备方法，碳纳米管纤维

说明书

本发明属于碳纳米管技术领域，尤其涉及一种碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：获取沉积有催化剂层的基板，在保护气体氛围下，将所述沉积有催化剂层的基板装载到化学气相沉积设备的反应炉中；将所述反应炉抽真空至10^‑2Torr以下，再注入保护气体使炉内压力为150～300Torr，保持20分钟以上；在所述保护气体注入速率不变和炉内压力不变的情况下，升温至600～800℃，通入碳源气体进行碳纳米管的生长，得到碳纳米管。本发明提供的制备方法，通过严格调控碳纳米管生长的压力、流速、温度等条件，使制得的碳纳米管纯度高，结构完整度好，大面积尺寸生长均一性好，长径比高，可直接拉丝纺制成碳纳米管纤维。

技术领域

本发明属于碳纳米管技术领域，尤其涉及一种碳纳米管的制备方法，一种碳纳米管纤维。

背景技术

碳纳米管具有完美的一维管式结构，拥有低密度，高力学强度，导电导热性好等优异的物理性能，自被发现以来广受关注。然而，要实现碳纳米管的实际应用，通常需将其组装成宏观结构，如：纤维、薄膜等。其中，碳纳米管纤维是成千上万单根碳纳米管沿其轴向排布形成的宏观连续纤维，具有轻质、高强高导电、多功能性的特点。碳纳米管纤维可望用作高性能复合材料增强体、力学及生物传感器、电力传输线、防弹装备、微电极等，在航空航天、国防军工、电子能源等各方面有着巨大的应用潜力。碳纳米管纤维是发展新一代高性能和多功能纤维的理想材料，对高端科技发展有着重大的战略意义。

碳纳米管纤维增强的复合材料对碳纳米管纤维本身的力学性能要求极高，同时要求碳纳米管的结晶度高、垂直度好、碳纳米管之间的作用力适中、大面积尺寸生长均一等。目前干法制备的碳纳米管纤维能够达到相应的力学指标，干法制备碳纳米管纤维，由阵列碳纳米管直接拉丝纺织制备碳纳米管纤维。具有可纺性的垂直阵列碳纳米管是干法制备碳纳米管纤维的重要基础，可纺的量产级别碳纳米管阵列，需采用化学气相沉积方法制备。但是目前通过化学气相沉积方法制备的碳纳米管仍然存在纯度低，结构完整度不佳，大面积尺寸生长均一差，碳纳米管阵列管长较短，碳纳米管之间的作用力不适中等问题，导致制备的碳纳米管阵列不利于直接纺丝成碳纳米管纤维。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种碳纳米管的制备方法，旨在解决现有通过化学气相沉积方法制备的碳纳米管仍然存在纯度低，结构完整度不佳，大面积尺寸生长均一性差，产量低，碳纳米管阵列管长较短，碳纳米管之间的作用力不适中等问题，导致制备的碳纳米管阵列不利于直接纺丝成碳纳米管纤维等技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种碳纳米管纤维。

解决问题的手段

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：

获取沉积有催化剂层的基板，在保护气体氛围下，将所述沉积有催化剂层的基板装载到化学气相沉积设备的反应炉中；

将所述反应炉抽真空至10^-2Torr以下，再注入保护气体使炉内压力为150～300Torr，保持20分钟以上；

在所述保护气体注入速率不变和炉内压力不变的情况下，升温至600～800℃，通入碳源气体进行碳纳米管的生长，得到碳纳米管。

优选地，所述得到碳纳米管之后还包括步骤：停止对所述反应炉内供气和加热，抽真空至所述反应炉内压力为10^-2Torr以下后，注入保护气体使炉内压力为150～300Torr，待所述反应炉内温度降低至100℃以下，取出所述碳纳米管。

优选地，所述注入保护气体的流速为300sccm～1000sccm。