[发明专利]用于制备包含单轴对准的纱线的碳纳米管片的方法和由此制备的碳纳米管片

说明书

本发明提供了用于制备碳纳米管片的方法和由此制备的碳纳米管片，所述用于制备碳纳米管片的方法包括：形成碳纳米管；使碳纳米管聚集以形成纱线；将纱线用溶剂处理以增强聚集力；对经溶剂处理的纱线进行卷绕以制备具有其中一根纱线被连续卷绕的结构的片预制件；以及对片预制件进行切割和/或压制以制备包括其中一根或多根纱线单轴对准的排列结构的碳纳米管片。

技术领域

本申请基于并根据35U.S.C.§119(a)要求于2018年11月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0152222号的优先权，其全部内容通过引用整体并入本文。

本发明涉及用于制备包含单轴对准的纱线的碳纳米管片的方法和由此制备的碳纳米管片。

背景技术

碳纳米管(Carbon nanotube，CNT)(即一种碳同位素)是直径为几纳米至几十纳米且长度为几百微米至几毫米的物质。自从Dr.Iijima于1991年在杂志Nature上就其发表以来，由于碳纳米管优异的热特性、电特性和物理特性以及高纵横比，已经在各种领域中进行了研究。

碳纳米管的这样的固有特性可归因于碳的sp²键。碳纳米管比铁更强，比铝更轻，并且具有与金属的电导率类似的电导率。根据纳米管的壁的数量，碳纳米管被分为单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotube，SWNT)、双壁碳纳米管(double-walled carbonnanotube，DWNT)和多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube，MWNT)。根据不对称性/手性，碳纳米管还被分为锯齿形结构、扶手椅形结构和手性结构。

碳纳米管本身的机械强度是优异的。特别地，拉伸强度超过100GPa。然而，由于合成的碳纳米管为短的短纤维，因此合成的碳纳米管在其应用方面受限。因此，不断出现利用碳纳米管作为包括多个碳纳米管的片形式的方法。

已知制备碳纳米管片的一般方法，其包括制备碳纳米管糊剂，在溶剂的存在下将糊剂涂覆或散布至基底的上侧，以及将其干燥和/或压制以形成片。

然而，就碳纳米管片的结构及其制备方法而言，这种制备方法具有以下技术问题。

首先，当将碳纳米管糊剂涂覆或散布至基底的上侧时，碳纳米管可以在各个方向上随机排列。例如，一些碳纳米管在与基底表面垂直的方向上直立在基底上，而其他碳纳米管在与基底表面不垂直的倾斜方向上排列。因此，多个碳纳米管的前端在不同的方向上定向。

因此，由这样的碳纳米管制备的碳纳米管片为其中碳纳米管非对准的形式；具体地，碳纳米管彼此无方向地缠结，或其前端在不同的方向上定向。

通常，当碳纳米管以其中碳纳米管的前端在一定方向上定向并且其侧面并排对准的状态聚集时，可以使碳纳米管之间的π-π相互作用最大化。这可以有利于由此制备的碳纳米管纱线和碳纳米管片具有优异的强度。

相反，在非对准形式的碳纳米管片中，碳纳米管之间的π-π相互作用可能劣化。因此，碳纳米管片的强度可能无法达到期望的水平。因此，通过以上方法制备的碳纳米管片难以通过自身保持其形状，并且只有当通过单独的支撑层(例如基底或粘合剂层)支撑其时才可以保持其形状。

在另一个方面中，在非对准形式的碳纳米管片中，碳纳米管的细前端可能从碳纳米管片的表面突出，这可能导致碳纳米管片的表面缺陷。

作为非限制性实例，在将碳纳米管片用作电子发射材料的情况下，理想的是电子仅从构成碳纳米管片的碳纳米管的前端发射。然而，在具有以上表面缺陷的碳纳米管片中，电子也从由表面突出的细前端发射，这降低了电子发射效率。

同时，从制备方法的观点来看，如上所述的制备碳纳米管片的常规方法的缺点在于：不能以连续过程操作，由此生产率低，并且需要由高技能的工人进行的过程控制，这使得难以使生产线自动化。