[发明专利]由排列碳纳米管制成的电缆的制造方法

说明书

一种用于制备由碳纳米管形成的电缆的方法，该方法包括使在多孔基材(43)上的至少一种碳前体化合物和至少一种催化剂的前体化合物分解，其中该方法连续进行：使包含催化剂的前体的第一气流与多孔基材(43)接触；使包含至少一种碳前体的第二气流与所述多孔基材(43)接触；将所述多孔基材(43)加热到使催化剂颗粒沉积并且使碳纳米管束催化生长的温度，优选加热到500℃至1000℃。

技术领域

本发明涉及电导体的领域，并且更具体而言涉及用于传导电流的电线和电缆。更具体而言，本发明涉及由碳制成的电线或电缆形式的电导体的领域。这些由碳制成的电线或电缆包括由碳制成的纳米管，由碳制成的纳米管在其长度方向上具有十分良好的电导率。本发明还涉及由气相合成碳纳米管的方法：本发明提出了一种用于制造大长度的由碳制成的纳米管的新方法。

背景技术

碳纤维是已知的。工业上通过将由有机前体或碳材料的热解获得的纤维进行纺丝制造碳纤维。由碳纳米管获得的纤维也是已知的。根据不同技术通过纳米碳的团聚制造由碳纳米管获得的纤维。Nanocomp公司以商标Miralon^TM出售碳纳米管的纤维，该碳纳米管的纤维来自由通过化学气相沉积(CVD)获得的碳纳米管的纺线。

碳纤维的现有技术的简要概述由J.Zhang等人发表在期刊Carbon 98(2016)708-732中的“Carbon science since 2016:Status,challenges and perspectives”给出。

作者区分了三种方法和制品：

-通过使聚丙烯腈(PAN)型的有机前体热解获得的石墨纤维：石墨纤维具有强的牵引阻力(约7GPa)和中等杨氏模量(约700GPa)，以及中等电导率和热导率(分别为约1.10⁵S/m和100W/m·K)；

-通过使煤焦油沥青或油热解获得的石墨纤维：该石墨纤维具有中等的牵引阻力(约3GPa至4GPa)、高杨氏模量(约950GPa)和优异的电导率和热导率(分别为约5×10⁵S/m和500W/m·K)；

-通过气相纺丝、湿法纺丝或干法纺丝，由诸如石墨烯微晶或碳纳米管的纳米碳(或纳米结构碳或碳纳米颗粒)的程度不同的有组织团聚获得的纤维。

通过使PAN热解获得的石墨碳纤维的强牵引阻力可以解释为在热处理期间纤维之间形成共价键。这些共价键的存在也解释了其电导率和热导率的中等值：这些纤维由无序石墨层形成，并且共价键是电子和热传输的扩散中心。然而，通过使焦油沥青热解获得的石墨碳纤维具有有序石墨段，但是在这些段之间的界面处的化学内聚力(范德华力)弱，这限制了其机械阻力。因此，高电导率和高机械阻力的联合本质上是目前石墨纤维技术不能达到的。

此外，通过碳纳米管的团聚获得的线是已知的，这已经是诸多出版物和专利的目标(例如参见：由J.N.Wang等人发表在Nat.Commun.5:3848doi:10.1038/ncomms4848(2014)中的“High strength carbon nanotubes fiber-like ribbon with high ductility andhigh electrical conductivity”；另请参见US2007/0237959，其提出了由垂直排列碳纳米管制造这样的纤维)，并且通过碳纳米管的团聚获得的线是市售的(例如参见由theNanocomp Technologies Company提出的“Miralon^TM Yarn”制品)。

在这些纤维中，单个纳米管之间的接触不是指共价键，而是范德华力：如果在单个纳米管的长度方向上的电导率高，则由范德华力约束的彼此接触的两个纳米管之间的接触代表了大量的接触电阻：通过碳纳米管的团聚(例如纺丝)获得的这些纤维具有比单个纳米管的热导率和电导率以及牵引阻力小得多的热导率和电导率以及牵引阻力。