[發明專利]一種碳納米管纖維的復合導線應用及其制備方法

無效

• 申請號: 201010268622.4
• 申請日: 2010-08-31
• 公開（公告）號: CN101976594A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 徐耿;勇振中;李清文
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01B7/00
• 分類號: H01B7/00;H01B1/02;H01B1/04;H01B13/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳忠輝

技術領域

本發明涉及納米材料的應用制備領域，具體涉及一種輕質、高強度碳納米管纖維于復合導線的應用及其制備方法。

背景技術

碳納米管自1991年Ijima在電鏡下觀察到以來^[1]，就備受科學家們的關注。進一步的研究表明，碳納米管由于其特殊的石墨層狀結構，因而具有優異的力學性質，以及良好的導電性能。目前研究結果表明，碳納米管的拉伸強度為150Gpa^[2]，楊氏模量為1Tpa^[3]。近年來，人們通過紡絲技術，以碳納米管氣溶膠^[4]、可紡絲碳納米管陣列^[5]以及棉花狀碳納米管原材料^[6]中加工得到了由純碳納米管組成的碳納米管纖維材料。目前，以碳納米管氣溶膠和可紡絲碳納米管陣列為原材料得到的碳納米管纖維拉伸強度最高分別可以達到8.8Gpa以及3.3Gpa^[7，8]。

由于碳納米管纖維具有如此高的拉伸強度以及非常好的化學穩定性能，使得它在復合材料制備方面具有非常明顯的優勢，從而在高性能材料制備方面發揮重要作用。如目前市場上的超細導線大多采用導電性好的金屬材料制備而成，但存在著制作工藝復雜、強度與韌性較差，導線易于斷裂失效的弱點。碳納米管纖維是一種新型的高性能碳基纖維材料，它除了具有如化學穩定性高、耐腐蝕性強和溫度系數低等碳纖維本征特性外，還具有比碳纖維密度更低、強度和韌性更高、電學性能易于提高的優點。

【參考文獻】

[1]S.Iijima，Nature，1991，354，56-.

[2]B.G.Demczyk，Y.M.Wang?et?al.，Mater.Sci.Eng.A?2002，334，173.

[3]M.F.Yu，B.S.Files?et?al.，Phys.Rev.Lett.2000，84，5552.

[4]Y.L.Li，A.Kinloch?et?al.，Science，2004，304，276.

[5]K.L.Jiang，Q.Q.Li，et?al.，Nature，2002，419，801.

[6]L.X.Zheng，X.F.Zhang?et?al.，Adv.Mater.2007，19，2567.

[7]K.Koziol，J.Vilatela?et?al.，Science，2007，318，1892.

[8]X.F.Zhang，Q.W.Li?et?al.，Adv.Mater.2007，19，4198.

發明內容

鑒于上述現有超細導線制備技術的缺陷，本發明的目的旨在提出一種已有碳納米管纖維在復合導線制備中的應用，以得到一種既具有金屬高導電性又具有碳納米管纖維高結構強度的碳納米管纖維復合導線。

其技術解決方案是：將碳納米管纖維用作為復合導線的主干線芯，其直徑選擇范圍介于1μm～100μm；且所述碳納米管纖維表面鍍有種類和厚度可控的金屬導電層。

本發明另一個目的旨在同時提出一種實現上述應用，制備復合導線的制備方法。其技術解決方案為：將金屬導電層均勻地鍍至碳納米管纖維表面，制成所述復合導線，其包括步驟：

Ⅰ、預制碳納米管氣溶膠或可紡絲碳納米管陣列，或直接購得棉花狀碳納米管，并采用紡絲技術從中加工得到由純碳納米管組成的碳納米管纖維材料；

Ⅱ、采用電鍍和化學鍍之一的方法，在碳納米管纖維表面按長度及厚度需要鍍覆金屬導電層，制成具結構強度及韌性的復合導線。

進一步地，前述的一種碳納米管纖維的復合導線制備方法，步驟Ⅰ中采用浮動催化化學氣相沉積的方法預制碳納米管氣溶膠；或采用在一平滑基底上的化學氣相沉積、垂直生長方法預制可紡絲碳納米管陣列。

進一步地，前述的一種碳納米管纖維的復合導線制備方法，步驟Ⅱ中所述金屬導電層為采用電鍍方法鍍覆于碳納米管纖維表面的單一金屬鍍層或兩種以上金屬元素的復合鍍層，其中所述兩種以上金屬元素為同時復合電鍍或分先后復合電鍍。

更進一步地，所述兩種以上金屬元素的復合鍍層具有作為鍍層主體成分的主要金屬Cu、Ni、Au、Ag、Sn、Fe或Zn中的一種，以及用于調節鍍層外觀、致密性及結構的其它次要金屬Co或非金屬P，所述復合鍍層至少為Au-Co合金或Ni-P合金。