本發(fā)明涉及碳納米管線材制備領(lǐng)域，具體而言，涉及一種碳納米管線材及其制備方法、制備裝置和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

目前廣泛使用的線材及其相關(guān)的產(chǎn)品(包括導(dǎo)電類金屬線材、非導(dǎo)電類纜繩、鉸鏈等)，因其自身的質(zhì)量、耐腐蝕、耐磨、強(qiáng)度、彎曲疲勞壽命等因素，使得其性能或使用壽命受到影響。

以目前廣泛生產(chǎn)的有線耳機(jī)為例(無線耳機(jī)和話筒的線圈部分也適用)，耳機(jī)包括連接線(金屬線材)和由永磁場中的音圈(引起振膜產(chǎn)生聲音的線圈)與振膜構(gòu)成的耳塞/耳機(jī)。

由于耳機(jī)連接線在使用過程中反復(fù)受到拉伸和彎曲，耳機(jī)連接線易受損折斷，使耳機(jī)的使用壽命大大縮短；此外，現(xiàn)有動(dòng)圈耳機(jī)中的音圈(目前市場上動(dòng)圈類耳機(jī)占比90％以上)通常使用細(xì)銅絲制成。碳納米管線具有抗疲勞、耐磨、電導(dǎo)率高和質(zhì)量輕(約為銅質(zhì)線材的1/10)等的一系列特點(diǎn)，改用碳納米管材質(zhì)導(dǎo)線后，在耳機(jī)的使用壽命、線性性和頻率響應(yīng)特性等方面，性能可以得到進(jìn)一步的改進(jìn)和提升。

已有文獻(xiàn)報(bào)道了一種碳納米管導(dǎo)線，該導(dǎo)線為三層結(jié)構(gòu)：第一層(內(nèi)層)為芳綸增強(qiáng)芯，第二層(中間層)為碳納米管纖維，第三層(外層)為保護(hù)套層。三層結(jié)構(gòu)使導(dǎo)線制備工藝相對復(fù)雜，生產(chǎn)成本增高。另外，第二層的碳管纖維為蓬松結(jié)構(gòu)，碳納米管之間的接觸電阻大；并且不能充分利用碳納米管與相鄰碳納米管間的范德瓦爾斯力，從而在受外力時(shí)容易產(chǎn)生碳管與碳管間的滑移。本發(fā)明的碳納米管及碳納米管線材克服了這一缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種碳納米管線材及其制備方法、制備裝置和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有的碳納米管存在生產(chǎn)成本高、制備工藝復(fù)雜及碳納米管取向性差的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種碳納米管線材的制備裝置，該制備裝置包括：原料液供應(yīng)單元，用于提供液態(tài)碳源與催化劑的混合液；霧化單元，霧化單元與原料液供應(yīng)單元通過原料液輸送管路相連；反應(yīng)單元，反應(yīng)單元與霧化單元通過原料輸送管路相連，原料輸送管路具有載氣入口；及加熱單元，用于給反應(yīng)單元提供熱量。

進(jìn)一步地，反應(yīng)單元具有產(chǎn)品出口，制備裝置還包括碳納米管線材收集單元，碳納米管線材收集單元與產(chǎn)品出口相連。

進(jìn)一步地，反應(yīng)單元具有原料入口，原料入口通過原料輸送管路與霧化單元相連，制備裝置還包括多相流整流裝置，多相流整流裝置設(shè)置于原料入口處。

進(jìn)一步地，制備裝置還包括穩(wěn)壓裝置，穩(wěn)壓裝置與碳納米管線材收集單元相連用于保持碳納米管線材收集單元內(nèi)部壓力的穩(wěn)定。

進(jìn)一步地，碳納米管線材收集單元設(shè)置有排氣口，排氣口與載氣入口通過尾氣輸送管路相連，優(yōu)選制備裝置還包括尾氣處理裝置，尾氣處理裝置設(shè)置于尾氣輸送管路上。

本發(fā)明另一發(fā)明還提供了一種碳納米管線材的制備方法，制備方法包括：將液態(tài)碳源與催化劑混合，形成原料液；將原料液霧化，得到霧化原料；及利用載氣對霧化原料的流動(dòng)方向進(jìn)行引導(dǎo)，并使霧化原料在加熱的條件下進(jìn)行催化反應(yīng)，連續(xù)生成碳納米管線材。

進(jìn)一步地，液態(tài)碳源選自二甲苯、乙醇、苯、正己烷和四氫呋喃中的一種或多種；催化劑為金屬有機(jī)物，該金屬有機(jī)物中的金屬元素為鐵、鈷、鎳和/或釔；優(yōu)選地，催化劑為二茂鐵或者五羰基鐵。

進(jìn)一步地，催化劑與液態(tài)碳源的用量比為5～200mg/mL。

進(jìn)一步地，催化反應(yīng)的溫度為750～1450℃。

進(jìn)一步地，載氣選自氫氣、氬氣和氮?dú)庵械囊环N或多種，優(yōu)選地，載氣為氬氣與氫氣的混合氣體，更優(yōu)選地，混合氣體中氬氣與氫氣的體積比為2～10:1。

進(jìn)一步地，制備方法還包括收集所得到的碳納米管線材的步驟，且在收集的過程中保持壓力恒定。

進(jìn)一步地，制備方法還包括尾氣處理的步驟，該步驟包括將催化反應(yīng)過程排出的尾氣進(jìn)行分離、配比處理后作為載氣重復(fù)利用的步驟。

本發(fā)明又一方面還提供了一種碳納米管線材，該碳納米管線材采用上述制備方法制備而成，或者碳納米管線材的密度為0.4～1.8×10³kg/m³，拉伸斷裂強(qiáng)度大于等于1.0GPa，電導(dǎo)率優(yōu)于10⁶S·m^-1，最大電流載荷能力大于等于10³A/mm²。

本發(fā)明又一方面提供了一種碳納米管導(dǎo)線，包括碳納米管線材，碳納米管線材為上述碳納米管線材。

本發(fā)明又一方面提供了一種電子產(chǎn)品，包括導(dǎo)線，該導(dǎo)線為上述碳納米管導(dǎo)線。

進(jìn)一步地，上述電子產(chǎn)品為耳機(jī)。

本發(fā)明又一方面提供了一種纜繩，纜繩包括上述碳納米管線材。

應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，將液態(tài)碳源與催化劑形成混合液后進(jìn)行碳納米管線材的制備反應(yīng)有利于使反應(yīng)原料混合得更加均勻，從而有利于提高上述反應(yīng)的穩(wěn)定性和可控性。采用霧化單元將原料液進(jìn)行霧化有利于使上述反應(yīng)進(jìn)行地更加充分，從而提高碳納米管的生成率。借助于載氣將霧化后的霧化原料送入加熱后的反應(yīng)單元能夠使碳納米管順著氣流動(dòng)的方向進(jìn)行生長，從而有利于提高碳納米管線材的取向性，進(jìn)而提高碳納米管線材的導(dǎo)電性、抗拉伸強(qiáng)度等綜合性能。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種典型的碳納米管線材制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

10、原料液供應(yīng)單元；101、原料液輸送管路；20、霧化單元；201、原料輸送管路；21、載氣入口；30、反應(yīng)單元；40、加熱單元；50、碳納米管線材收集單元；501、尾氣輸送管路；51、排氣口；52、收絲裝置；53、收集滾輪；60、多相流整流裝置；70、穩(wěn)壓裝置；80、尾氣處理裝置；81、流量控制器。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。

正如背景技術(shù)所描述的，現(xiàn)有的碳納米管制備方法存在生產(chǎn)成本高、制備工藝復(fù)雜及碳納米管的取向性控制差的問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種碳納米管線材的制備裝置，如圖1所示，該裝置包括原料液供應(yīng)單元10、霧化單元20、反應(yīng)單元30和加熱單元40。原料液供應(yīng)單元10用于提供液態(tài)碳源與催化劑的混合液；霧化單元20與原料液供應(yīng)單元10通過原料液輸送管路101相連；反應(yīng)單元30與霧化單元20通過原料輸送管路201相連，原料輸送管路201具有載氣入口21，加熱單元40用于為反應(yīng)單元30提供熱量。

將液態(tài)碳源與催化劑形成混合液后進(jìn)行碳納米管的制備反應(yīng)有利于使反應(yīng)原料混合的更加均勻，從而有利于提高上述反應(yīng)的穩(wěn)定性和可控性。采用霧化單元20將原料液進(jìn)行霧化有利于使上述反應(yīng)進(jìn)行地更加充分，從而提高碳納米管的生成率。借助于載氣將霧化后的霧化原料送入加熱后的反應(yīng)單元30能夠使碳納米管順著載氣流動(dòng)的方向進(jìn)行生長，從而有利于提高碳納米管線材的取向性，進(jìn)而提高碳納米管線材的導(dǎo)電性、抗拉伸強(qiáng)度等綜合性能。

利用上述碳納米管線材制備裝置，能夠制造出取向性良好、導(dǎo)電性能優(yōu)異及抗拉強(qiáng)度大的碳納米管線材。在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示，反應(yīng)單元30具有產(chǎn)品出口，制備裝置還包括碳納米管線材收集單元50，碳納米管線材收集單元50與產(chǎn)品出口相連。當(dāng)碳納米管線材從反應(yīng)單元30輸出后，碳納米管線材收集單元50中的溫度低于反應(yīng)單元30中的溫度，在碳納米管線材收集單元50的作用下，使由碳納米管線材能夠收縮成較為緊致的碳納米管線材，然后進(jìn)行有序地收集、分組和編織。如圖1所示，優(yōu)選碳納米管線材收集單元50包括收絲裝置52和收集滾輪53，收絲裝置52用于連續(xù)承接制得的碳納米管線材，收集滾輪53用于將碳納米管線材收集成卷，從而便于儲存，運(yùn)輸和后續(xù)應(yīng)用。

在另一種優(yōu)選的實(shí)施例中，優(yōu)選如圖1所示，上述反應(yīng)單元30具有霧化原料入口，霧化原料入口通過原料輸送管路201與霧化單元20相連，上述制備裝置還包括多相流整流裝置60，多相流整流裝置60設(shè)置于原料入口處。在原料入口處設(shè)置多相流整流裝置60能夠使不規(guī)則的多相流流動(dòng)變?yōu)橐?guī)則的多相流流動(dòng)，從而有利于使碳源和催化劑在反應(yīng)時(shí)的分布更加均勻。優(yōu)選的多相流整流裝置60的形狀包括但不限于孔狀、柵狀或網(wǎng)格狀。

在又一種優(yōu)選的實(shí)施例中，優(yōu)選如圖1所示，上述制備裝置還包括穩(wěn)壓裝置70，穩(wěn)壓裝置70與碳納米管線材收集單元50相連用于保持碳納米管線材收集單元50內(nèi)部壓力的穩(wěn)定。穩(wěn)壓裝置70的設(shè)置有利于穩(wěn)定整個(gè)反應(yīng)單元30中的多相流流動(dòng)(包括反應(yīng)物、載氣、生成物等)，進(jìn)而有利于提高生成的碳納米管線材管徑和取向的均一性。

在另一種優(yōu)選的實(shí)施例中，如圖1所示，上述碳納米管線材收集單元50設(shè)置有排氣口51，排氣口51與載氣入口21通過尾氣輸送管路501相連，上述制備裝置還包括尾氣處理裝置80，尾氣處理裝置80設(shè)置于尾氣輸送管路501上。尾氣處理裝置80的設(shè)置能夠?qū)姆磻?yīng)單元30排出的尾氣進(jìn)行分離和配比處理后作為載氣重復(fù)利用，同時(shí)還有利于提高碳的轉(zhuǎn)換效率，減少載氣用量，節(jié)約生產(chǎn)成本，從而使碳納米管的制備更加經(jīng)濟(jì)、高效和減少污染排放，使之適合商業(yè)化生產(chǎn)。

進(jìn)一步優(yōu)選上述制備裝置還包括流量控制器81，如圖1所示，上述流量控制器81位于尾氣處理裝置80與載氣入口21之間的尾氣輸送管路501上。上述流量控制器81的設(shè)置有利于控制凈化后的尾氣與新鮮載氣的比例。

在本申請另一種典型的實(shí)施方式中，提供了一種碳納米管線材的制備方法，該制備方法包括：將液態(tài)碳源與催化劑混合，形成原料液；將原料液霧化，得到霧化原料；及利用載氣對霧化原料的流動(dòng)方向進(jìn)行引導(dǎo)，并使霧化原料在加熱的條件下進(jìn)行催化反應(yīng)，連續(xù)生成碳納米管線材。

碳納米管的制備原理為在加熱和催化劑的共同作用下液態(tài)碳源分解成原子碳并在催化劑表面析出，生成碳納米管。

將液態(tài)碳源與催化劑形成混合液后進(jìn)行碳納米管的制備反應(yīng)有利于使反應(yīng)原料混合的更加均勻，從而有利于提高上述反應(yīng)的穩(wěn)定性和可控性。將原料液進(jìn)行霧化有利于使上述反應(yīng)進(jìn)行得更加充分，從而提高碳納米管的生成率。用載氣對霧化原料的流動(dòng)方向進(jìn)行引導(dǎo)使霧化原料進(jìn)行催化反應(yīng)，能夠使碳納米管順著載氣流動(dòng)的方向進(jìn)行生長，從而有利于提高碳納米管的取向性，進(jìn)而提高碳納米管線材的導(dǎo)電性、抗拉伸強(qiáng)度等綜合性能。

在實(shí)際使用過程中，優(yōu)選使用超聲霧化器進(jìn)行上述霧化過程，其頻率為200Hz至15MHz之間，功率為1～200W；實(shí)際霧化功率可以根據(jù)生產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)整。

上述制備方法中，載氣的流量可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。在一種優(yōu)選地實(shí)施方式中，載氣的流量為100～10000毫升/分鐘。將載氣的流量限定在上述范圍內(nèi)有利于使反應(yīng)過程中氣體的流動(dòng)處于近平流層的狀態(tài)，在上述狀態(tài)下制備碳納米管有利于進(jìn)一步提高碳納米管的取向性，進(jìn)而有利于提高碳納米管線材的綜合性能。

上述制備方法中，液態(tài)碳源可以選用本領(lǐng)域常用的種類。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，液態(tài)碳源包括但不限于二甲苯、乙醇、苯、正己烷和四氫呋喃中的一種或多種。上述物質(zhì)來源廣、價(jià)格低廉因而選用上述液態(tài)碳源有利于降低碳納米管線材的制備成本。同時(shí)上述物質(zhì)中碳元素的百分比含量較高，使用上述物質(zhì)作為液態(tài)碳源還有利于提高碳納米管的生成率。

優(yōu)選催化劑為金屬有機(jī)物，該金屬有機(jī)物中的金屬元素為鐵、鈷、鎳和/或釔。優(yōu)選上述催化劑為二茂鐵和/或五羰基合鐵。催化劑包括但不限于上述物質(zhì)，選用上述兩種催化劑有利于進(jìn)一步提高碳納米管催化反應(yīng)的反應(yīng)活性。

上述制備方法中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整催化劑與液態(tài)碳源的用量比。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，催化劑與液態(tài)碳源的用量比為5～200mg/mL。將催化劑和液態(tài)碳源的用量比限定在上述范圍內(nèi)，有利于進(jìn)一步提升催化劑的利用效率。

上述制備方法中，催化反應(yīng)的溫度可以選擇本領(lǐng)域碳納米管制備時(shí)的反應(yīng)溫度。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，催化反應(yīng)的溫度為750～1450℃。將催化反應(yīng)的溫度限定在上述范圍內(nèi)有利于進(jìn)一步提高碳納米管的生成率。實(shí)際過程中上述催化反應(yīng)可以在常壓或負(fù)壓下進(jìn)行。

上述制備方法中，載氣可以選擇本領(lǐng)域常用的載氣。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，載氣包括但不限于氫氣、氬氣和氮?dú)庵械囊环N或多種，選用上述幾種氣體作為載氣有利于降低碳納米管線材的制備成本。

在上述制備方法中，載氣中氣體的組成及各組分間的比例關(guān)系可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，載氣為氬氣與氫氣的混合氣體。更優(yōu)選地，混合氣體中氬氣與氫氣的流量比為2～10:1。將載氣中氬氣與氫氣的比例關(guān)系限定在上述范圍內(nèi)有利于進(jìn)一步提高碳納米管的生成率。

在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，制備方法還包括收集所生成的碳納米管線材的步驟，且在收集過程中保持壓力恒定。在碳納米管線材收集過程保持壓力恒定有利于提高整個(gè)反應(yīng)過程中多相流流動(dòng)的穩(wěn)定性(包括反應(yīng)物、載氣、生成物等)，進(jìn)而有利于提高生成的納米管線材管徑的均一性。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，制備方法還包括尾氣回收的步驟，該步驟包括將催化反應(yīng)過程排出的尾氣進(jìn)行分離和配比處理后作為載氣重復(fù)利用的步驟。尾氣回收有利于實(shí)現(xiàn)尾氣的循環(huán)利用，同時(shí)還有利于提高碳的轉(zhuǎn)化率，減少載氣用量，節(jié)約制備成本，從而使碳納米管線材的制備更加經(jīng)濟(jì)、高效和減少污染排放，使之適合商業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明的另一方面還提供了一種碳納米管線材，該碳納米管線材采用上述制備方法制成或該碳納米管線材的密度為0.4～1.8×10³kg/m³，拉伸斷裂強(qiáng)度大于等于1.0GPa，電導(dǎo)率大于等于10⁶S·m^-1，最大電流載荷大于等于10³A/mm²。

由于本申請?zhí)峁┑奶技{米管具有較好的取向性，因而碳納米管線材中的相鄰碳納米管間距較小，且相互間范德瓦爾斯力較大，從而使得碳納米管線材具有較強(qiáng)的拉伸斷裂強(qiáng)度，同時(shí)碳納米管的良好取向性也使得碳納米管線材具有良好的電導(dǎo)率和最大電流載荷。同時(shí)碳納米管線材還具有密度較小的優(yōu)點(diǎn)。

目前廣泛使用的線材及其相關(guān)的產(chǎn)品(包括導(dǎo)電類金屬線材，非導(dǎo)電類纜繩、鉸鏈等)，因其自身的質(zhì)量、耐腐蝕、耐磨、強(qiáng)度、彎曲疲勞壽命等因素，使得其性能或使用壽命受到影響。本發(fā)明的另一方面提供一種碳納米管導(dǎo)線，包括碳納米管線材，且上述線材中的碳納米管線材為本申請?zhí)峁┑奶技{米管線材。由于本申請?zhí)峁┑奶技{米管線材有導(dǎo)電性好、最大電流載荷高、拉伸斷裂強(qiáng)度大、密度小等優(yōu)點(diǎn)，將本申請?zhí)峁┑奶技{米管制成導(dǎo)線后，能夠大大地減輕其的重量和抗拉伸斷裂強(qiáng)度；同時(shí)還能夠保持與常用的優(yōu)良金屬線材相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電能力，而最大電流載荷遠(yuǎn)高于常用的金屬線材。在實(shí)際使用過程中，上述碳納米管線材可以制成超微導(dǎo)線和常規(guī)導(dǎo)線，如直徑為5～80微米的超微導(dǎo)線以及直徑大于等于80微米的常規(guī)導(dǎo)線。

此外上述碳納米管導(dǎo)線具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，因而本發(fā)明的另一方面一種電子產(chǎn)品，包括導(dǎo)線，該導(dǎo)線為本申請?zhí)峁┑纳鲜鎏技{米管導(dǎo)線。優(yōu)選地上述電子產(chǎn)品為耳機(jī)。

由于本申請?zhí)峁┑奶技{米管線材制成導(dǎo)線后，能夠大大地減輕導(dǎo)線的重量、降低生產(chǎn)和使用費(fèi)用、提升導(dǎo)電能力；同時(shí)上述導(dǎo)線還具有更高的拉伸強(qiáng)度、耐腐蝕能力和使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。因而使用上述導(dǎo)線制得的電子產(chǎn)品的重量也會(huì)大大減輕，同時(shí)使用壽命也會(huì)更為長久。

由于本申請?zhí)峁┑奶技{米管線材具有上述優(yōu)點(diǎn)，因而可將其用于制作性能優(yōu)良的長距離輸電線纜、高性能精細(xì)線圈、碳納米管線材耳機(jī)、話筒(有線和無線)及連接線，精密傳感器的線圈，可穿戴的電子產(chǎn)品中采用碳納米管線材連接線，碳納米管線材織布電熱保暖服裝，碳納米管線材織布電熱毯，用于精密儀器、醫(yī)用檢測儀器等的碳納米管線材連接線及接插頭及精密傳感器的線圈等。

由于本申請?zhí)峁┑纳鲜鎏技{米管線材的拉伸斷裂強(qiáng)度大于等于1.0GPa，且密度小(0.4～1.8×10³kg/m³)，因而本發(fā)明另一方面還提供了一種纜繩，該纜繩包括上述碳納米管線材。利用上述碳納米管線材制備的纜繩具有拉伸強(qiáng)度大、耐腐蝕能力強(qiáng)、使用壽命長及重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，這些實(shí)施例不能理解為限制本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1至6及對比例1采用圖1所述的裝置制備碳納米管線材；

實(shí)施例1至6及對比例1至2中碳納米管線材的性能參數(shù)通過以下方法測得：

采用型號為AUW220D的電子天平稱量長度為10米的碳納米管線材的重量；采用掃描電子顯微鏡測量不少于5處線材的直徑取平均值；由此計(jì)算出碳納米管線材的密度；

采用Instron公司5943Q型號的萬能材料測試機(jī)，遵照ASTM C1557標(biāo)準(zhǔn)(此標(biāo)準(zhǔn)適用于直徑小于等于250微米的線材)和ASTM A931標(biāo)準(zhǔn)(此標(biāo)準(zhǔn)在本專利中被用于測量直徑大于250微米的線材)對碳納米管線材的楊氏模量和拉伸斷裂強(qiáng)度等力學(xué)性能進(jìn)行了檢測；

采用Keithley 4200CSC型號的多功能電源電表，遵照ASTM B193標(biāo)準(zhǔn)，使用四探針連接方法(消除接觸電阻影響)對碳納米管線材的電導(dǎo)率進(jìn)行了檢測；

采用Keithley 2420型號的多功能電源電表，使用兩探針連接方法(線材開始熔斷時(shí)的荷載電流除以線材的橫截面積)對碳納米管線材的最大電流載荷能力進(jìn)行了檢測。

實(shí)施例1

將液態(tài)碳源四氫呋喃與催化劑二茂鐵，按照每毫升四氫呋喃中加入150毫克二茂鐵催化劑的比例混合制成原料液。

將上述原料液在50kHz下進(jìn)行霧化，得到霧化原料。

在速率為9000毫升/分鐘的載氣(氬氣與氫氣的流量比為3:1)的引導(dǎo)及溫度1450℃，常壓的條件下，使上述霧化原料進(jìn)行催化反應(yīng)，得到碳納米管線材。

使用碳納米管線材收集裝置對上述碳納米管線材進(jìn)行收集。其中碳納米管線材的密度為900kg/m³，楊氏模量為250GPa，電導(dǎo)率為1.0×10⁷S·m^-1，最大電流載荷為6000A/mm²，拉伸斷裂強(qiáng)度為1.5GPa。

實(shí)施例2

將液態(tài)碳源二甲苯與催化劑二茂鐵，按照每毫升二甲苯中加入50毫克二茂鐵催化劑的比例混合制成原料液。

將上述原料液在50kHz下進(jìn)行霧化，得到霧化原料。

在速率為9000毫升/分鐘的載氣(氬氣與氫氣的流量比為3:1)的引導(dǎo)及溫度1150℃，常壓的條件下，使上述霧化原料進(jìn)行催化反應(yīng)，得到碳納米管線材。

使用碳納米管線材收集裝置對上述碳納米管線材進(jìn)行收集。其中碳納米管線材的密度為750kg/m³，楊氏模量為180GPa，電導(dǎo)率為8×10⁶S·m^-1，最大電流載荷為5500A/mm²，拉伸斷裂強(qiáng)度為1.35GPa。

實(shí)施例3

將液態(tài)碳源二甲苯與催化劑二茂鐵，按照每毫升二甲苯中加入2毫克二茂鐵催化劑的比例混合制成原料液。

將上述原料液在37kHz下進(jìn)行霧化，得到霧化原料線材。

在速率為9000毫升/分鐘的載氣(氬氣與氫氣的流量比為3:1)的引導(dǎo)及溫度600℃，常壓的條件下，使上述霧化原料進(jìn)行催化反應(yīng)，得到碳納米管。

使用碳納米管線材收集裝置對上述碳納米管線材進(jìn)行收集。其中碳納米管線材的密度為400kg/m³，楊氏模量為100GPa，電導(dǎo)率為1.1×10⁶S·m^-1，最大電流載荷為1100A/mm²，拉伸斷裂強(qiáng)度為1.05GPa。

實(shí)施例4

將液態(tài)碳源二甲苯與催化劑二茂鐵，按照每毫升二甲苯中加入20毫克二茂鐵催化劑的比例混合制成原料液。

將上述原料液在15MHz下進(jìn)行霧化，得到霧化原料。

在速率為9000毫升/分鐘的載氣(氬氣與氫氣的流量比為3:1)的引導(dǎo)及溫度800℃，常壓的條件下，使上述霧化原料進(jìn)行催化反應(yīng)，得到碳納米管線材。

使用碳納米管線材收集裝置對上述碳納米管線材進(jìn)行收集。其中碳納米管線材的密度為700kg/m³，楊氏模量為175GPa，電導(dǎo)率為2.4×10⁶S·m^-1，最大電流載荷為3500A/mm²，拉伸斷裂強(qiáng)度為1.08GPa。

實(shí)施例5

將液態(tài)碳源二甲苯與催化劑二茂鐵，按照每毫升二甲苯中加入20毫克二茂鐵催化劑的比例混合制成原料液。

將上述原料液在1MHz下進(jìn)行霧化，得到霧化原料。

在速率為9000毫升/分鐘的載氣(氬氣與氫氣的流量比為3:1)的引導(dǎo)及溫度1350℃，常壓的條件下，使上述霧化原料進(jìn)行催化反應(yīng)，得到碳納米管線材。

使用碳納米管線材收集裝置對上述碳納米管線材進(jìn)行收集。其中碳納米管線材的密度為750kg/m³，楊氏模量為185GPa，電導(dǎo)率為4×10⁶S·m^-1，最大電流載荷為3200A/mm²，拉伸斷裂強(qiáng)度為1.15GPa。

實(shí)施例6

將液態(tài)碳源二甲苯與催化劑二茂鐵，按照每毫升二甲苯中加入20毫克二茂鐵催化劑的比例混合制成原料液。

將上述原料液在1MHz下進(jìn)行霧化，得到霧化原料。

在速率為50毫升/分鐘的載氣(氬氣與氫氣的流量比為3:1)的引導(dǎo)及溫度1350℃，常壓的條件下，使上述霧化原料進(jìn)行催化反應(yīng)，得到碳納米管線材。

使用碳納米管線材收集裝置對上述碳納米管線材進(jìn)行收集。其中碳納米管線材的密度為600kg/m³，楊氏模量為132GPa，電導(dǎo)率為1.8×10⁶S·m^-1，最大電流載荷為1800A/mm²，拉伸斷裂強(qiáng)度為1.05GPa。

對比例1

將液態(tài)碳源四氫呋喃與催化劑二茂鐵，按照每毫升二甲苯中加入100毫克二茂鐵催化劑的比例混合制成原料液。

將上述原料液在200KHz下進(jìn)行霧化，得到霧化原料。

使上述霧化原料進(jìn)行催化反應(yīng)，得到碳納米管線材。

使用碳納米管線材收集裝置對上述碳納米管線材進(jìn)行收集。其中碳納米管線材的密度為400kg/m³，楊氏模量為80GPa，電導(dǎo)率為1.2×10⁵S·m^-1，最大電流載荷為600A/mm²，拉伸斷裂強(qiáng)度為0.56GPa。

對比例2

將液態(tài)碳源二甲苯與催化劑二茂鐵，按照每毫升二甲苯中加入50毫克二茂鐵催化劑的比例混合制成原料液。

將上述原料液加熱蒸發(fā)，得到原料氣。

使上述原料氣在1150℃進(jìn)行催化反應(yīng)，得到碳納米管線材。

使用碳納米管線材收集裝置對上述碳納米管線材進(jìn)行收集。其中碳納米管線材的密度為200kg/m³，楊氏模量為56GPa，電導(dǎo)率為5.5×10⁴S·m^-1，最大電流載荷為120A/mm²，拉伸斷裂強(qiáng)度為0.4GPa。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：將液態(tài)碳源與催化劑形成混合液后進(jìn)行碳納米管線材的制備反應(yīng)有利于使反應(yīng)原料混合得更加均勻，從而有利于提高上述反應(yīng)的穩(wěn)定性和可控性。采用霧化單元將原料液進(jìn)行霧化有利于使上述反應(yīng)進(jìn)行得更加充分，從而提高碳納米管的生成率。借助于載氣將霧化后的原料送入加熱后的反應(yīng)單元能夠使碳納米管順著載氣流動(dòng)的方向進(jìn)行連續(xù)生長，從而有利于提高碳納米管的取向性，進(jìn)而提高碳納米管線材的導(dǎo)電性、抗拉伸強(qiáng)度等綜合性能。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。