碳纤维膜
阅读：883发布：2020-10-28
专利汇可以提供碳纤维膜专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 碳 纤维 膜，该 碳纤维 膜由至少一碳 纳米管 膜和 石墨 片构成，该至少一 碳纳米管 膜包括多个碳纳米管通过范德华 力 相互连接形成一膜状，该多个碳纳米管沿同一方向延伸且在该延伸方向上相邻的碳纳米管首尾相连，每一碳纳米管的外壁分布有多个所述石墨片，且每一石墨片与碳纳米管的外壁之间形成一 角 度。本 发明 还涉及所述碳纤维膜的制备方法。，下面是碳纤维膜专利的具体信息内容。
1.一种碳纤维膜，该碳纤维膜由至少一碳纳米管膜和石墨片构成，该至少一碳纳米管膜包括多个碳纳米管通过范德华力相互连接形成一膜状，该多个碳纳米管沿同一方向延伸且在该延伸方向上相邻的碳纳米管首尾相连，每一碳纳米管的外壁分布有多个所述石墨片，且每一石墨片与碳纳米管的外壁之间形成一角度。
2.如权利要求1所述的碳纤维膜，其特征在于，所述石墨片仅部分边缘通过共价键与碳纳米管的外壁连接。
3.如权利要求1所述的碳纤维膜，其特征在于，所述多个碳纳米管平行于所述碳纤维膜的表面。
4.如权利要求1所述的碳纤维膜，其特征在于，所述角度大于0度且小于90度。
5.如权利要求4所述的碳纤维膜，其特征在于，所述角度大于等于30度且小于等于60度。
6.如权利要求1所述的碳纤维膜，其特征在于，分布在同一碳纳米管外壁的多个所述石墨片相互间隔。
7.如权利要求1所述的碳纤维膜，其特征在于，分布在同一碳纳米管外壁的多个所述石墨片与碳纳米管的外壁之间的角度相同。
8.如权利要求1所述的碳纤维膜，其特征在于，所述多个石墨片的长度为50纳米至10微米，宽度为10纳米至20纳米。
9.一种碳纤维膜，该碳纤维膜包括至少一碳纳米管膜和一石墨层设置于所述至少一碳纳米管膜的表面，该碳纳米管膜包括多个沿同一方向延伸的碳纳米管，该石墨层包括多个石墨片，每一碳纳米管的外壁分布有多个所述石墨片，每一石墨片倾斜地连接在所述碳纳米管的外壁且向远离碳纳米管的方向延伸，每一石墨片延伸的长度是碳纳米管直径的2.5倍至100倍。
10.如权利要求9所述的碳纤维膜，其特征在于，所述多个石墨片通过共价键与碳纳米管的外壁连接。
11.如权利要求9所述的碳纤维膜，其特征在于，所述碳纤维膜包括至少两层交叉重叠设置的碳纳米管膜，相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管的延伸方向之间形成一夹角α，
0≤α≤90度。
碳纤维膜
技术领域
背景技术
[0002] 碳纤维在航空航天、机械制造、建材等行业得到广泛应用。现代工业对碳纤维的需求量进一步增加，对其性能也提成了更高的要求。但现行碳纤维生产工艺复杂、质量受原料制约、高品质碳纤维原料价格昂贵，因而限制了碳纤维的进一步发展。新型碳纤维的研究和开发势在必行。气相生长碳纤维是近年来的活跃领域。
[0003] 气相生长碳纤维（Vapor Grown Carbon Fibers, VGCFs）具有较高的比强度、比模量和结晶取向度，而且具有良好的导电、导热等性能，有着一般有机系碳纤维所达不到的性能和用途。气相生长碳纤维一般通过催化裂解烃类化合物，气相沉积在过渡金属如铁、钴、镍和其合金的超细微粒上而形成。气相生长碳纤维主要的制备方法是基体法。基体法是高温下把烃类和氢的混合气送入热解炉反应管中，管中预先放置了喷涂有催化剂金属颗粒的基板，CVD过程中基板上析出碳纤维。然而，所述碳纤维为一维结构，无法形成二维膜状，限制了碳纤维的应用范围。即使将多个所述碳纤维利用胶粘剂可以并排粘结而形成碳纤维膜，但是所述胶粘剂的存在会影响所述碳纤维膜在应用时的导电导热等性能。
发明内容
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种碳纤维膜。
[0005] 一种碳纤维膜，该碳纤维膜由至少一碳纳米管膜和石墨片构成，该至少一碳纳米管膜包括多个碳纳米管通过范德华力相互连接形成一膜状，该多个碳纳米管沿同一方向延伸且在该延伸方向上相邻的碳纳米管首尾相连，每一碳纳米管的外壁分布有多个所述石墨片，且每一石墨片与碳纳米管的外壁之间形成一角度。
[0006] 一种碳纤维膜，该碳纤维膜包括至少一碳纳米管膜和一石墨层设置于所述至少一碳纳米管膜的表面，该碳纳米管膜包括多个沿同一方向延伸的碳纳米管，该石墨层包括多个石墨片，每一碳纳米管的外壁分布有多个所述石墨片，每一石墨片倾斜地连接在所述碳纳米管的外壁且向远离碳纳米管的方向延伸，每一石墨片延伸的长度是碳纳米管直径的2.5倍至100倍。
[0008] 图1为本发明第一实施例提供的碳纤维膜的制备方法的装置的结构示意图。
[0009] 图2为本发明第一实施例提供的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
[0010] 图3为本发明第二实施例提供的碳纤维膜的制备方法的装置的结构示意图。
[0011] 图4为本发明第三实施例提供的碳纤维膜的剖面结构示意图。
[0012] 图5为本发明第三实施例提供的碳纤维膜中单根碳纤维的立体结构示意图。
[0013] 主要元件符号说明碳纳米管阵列 10
生长基底 12
碳纳米管膜 20
第一反应室 30
第一进口 32
第一出口 34
第二反应室 40
第二进口 42
第二出口 44
碳纤维膜 50
碳层 52
碳纤维 54
碳纳米管 56
石墨片 58
支撑轴 60
加热器 70
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
生长基底 12
碳纳米管膜 20
第一反应室 30
第一进口 32
第一出口 34
第二反应室 40
第二进口 42
第二出口 44
碳纤维膜 50
碳层 52
碳纤维 54
碳纳米管 56
石墨片 58
支撑轴 60
加热器 70
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0014] 下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的碳纤维膜作进一步的详细说明。
[0015] 请参见图1，本发明第一实施例提供一种碳纤维膜50的制备方法，包括以下步骤：S10，提供一碳纳米管阵列10；
S20，从所述碳纳米管阵列10中拉取获得一碳纳米管膜20，将该碳纳米管膜20依次穿过一第一反应室30和一第二反应室40；
S30，向第一反应室30内通入载气和碳源气体，并控制温度，使第一反应室30内的碳纳米管膜20上形成一碳层52，获得一碳纳米管复合膜；
S40，将所述碳纳米管复合膜导入所述第二反应室40内，控制温度，使第二反应室40内的碳纳米管膜20上的碳层52石墨化，获得一碳纤维膜50。
S20，从所述碳纳米管阵列10中拉取获得一碳纳米管膜20，将该碳纳米管膜20依次穿过一第一反应室30和一第二反应室40；
S30，向第一反应室30内通入载气和碳源气体，并控制温度，使第一反应室30内的碳纳米管膜20上形成一碳层52，获得一碳纳米管复合膜；
S40，将所述碳纳米管复合膜导入所述第二反应室40内，控制温度，使第二反应室40内的碳纳米管膜20上的碳层52石墨化，获得一碳纤维膜50。
[0016] 步骤S10中，所述碳纳米管阵列10优选为超顺排碳纳米管阵列10，本实施例中，所述碳纳米管阵列10为超顺排碳纳米管阵列10。该超顺排的碳纳米管阵列10的制备方法采用化学气相沉积法，其具体包括以下步骤：（a）提供一平整生长基底12，该生长基底12可选用P型或N型硅生长基底12，或选用形成有氧化层的硅生长基底12，本实施例优选为采用4英寸的硅生长基底12；（b）在生长基底12表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）或其任意组合的合金之一，本实施例中，催化剂层材料由铁形成；（c）将上述形成有催化剂层的生长基底12在700℃~900℃的空气中退火约30分钟~90分钟，本实施例中，形成有催化剂层的生长基底12在800℃的空气中退火60分钟；（d）将处理过的生长基底12置于一反应炉中，在保护气体环境下加热到500℃~740℃，然后通入碳源气体反应约5分钟~30分钟，生长得到碳纳米管阵列10。碳源气可选用乙炔等化学性质较活泼的碳氢化合物，保护气体可选用氮气、氨气或惰性气体。本实施例中，处理过的生长基底12在反应炉中氮气环境下加热到600℃，通入乙炔反应20分钟，得到所述碳纳米管阵列10。该碳纳米管阵列10为多个彼此平行且垂直于生长基底12生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列10。通过上述控制生长条件，该定向排列的碳纳米管阵列10中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。
[0017] 步骤S20中，采用一拉伸工具从所述碳纳米管阵列10中拉取碳纳米管获得一碳纳米管膜20，其具体包括以下步骤：（a）从所述碳纳米管阵列10中选定一个或多个碳纳米管，优选为采用具有一定宽度的胶带、镊子或夹子接触碳纳米管阵列10以选定一个或多个碳纳米管，本实施例中优选镊子来选定多个碳纳米管；（b）以一定速度拉伸该选定的碳纳米管，从而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管膜20。该拉伸方向沿基本垂直于碳纳米管阵列10的生长方向。
[0018] 在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离生长基底12的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片段分别与其它碳纳米管片段首尾相连地连续地被拉出，从而形成一连续、均匀且具有一定宽度的碳纳米管膜20。
[0019] 该碳纳米管膜20的宽度与碳纳米管阵列10的尺寸有关，该碳纳米管膜20的长度不限，可根据实际需求制得。当该碳纳米管阵列10的面积为4英寸时，该碳纳米管膜20的宽度为0.5纳米~10厘米，该碳纳米管膜20的厚度为0.5纳米~10微米。
[0020] 请参见图2，所述碳纳米管膜20包括多个均匀分布且通过范德华力首尾相连的碳纳米管，该多个碳纳米管沿同一方向择优取向排列，且平行于碳纳米管膜20的表面。该多个碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5 纳米至50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米至50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米至50纳米。所述碳纳米管膜20还可以为由碳纳米管组成的纯结构。
[0021] 所述碳纳米管膜20为一自支撑结构。所述自支撑为碳纳米管膜20不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态，即将该碳纳米管膜20置于（或固定于）间隔一固定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜20能够保持自身层状状态。
[0022] 所述第一反应室30具有相对设置的一第一进口32和一第一出口34，所述第二反应室40具有相对设置的一第二进口42和一第二出口44。将所述碳纳米管膜20利用拉伸工具依次穿过第一反应室30和第二反应室40，并固定于一支撑轴60上。可以理解，所述碳纳米管膜20的一端固定于所述支撑轴60，另一端连接于所述碳纳米管阵列10，且该碳纳米管膜20穿过整个第一反应室30和第二反应室40，如图1所示。所述支撑轴60具有一轴心，支撑轴60可绕其轴心自转，该支撑轴60转动可以将碳纳米管膜20卷绕在该支撑轴60上。可以理解，所述支撑轴60也可以和一电机连接，以便所述支撑轴60实现自动转动。
[0023] 步骤S30中，第一反应室30内的碳纳米管膜20上生长一碳层52的具体过程为：S31，向第一反应室30内通入载气；
S32，向第一反应室30内通入碳源气体；以及
S33，加热所述第一反应室30，使该第一反应室30内的温度达到800℃~1000℃，所述碳源气体发生裂解形成碳，并沉积在所述碳纳米管膜20上形成碳层52。
S32，向第一反应室30内通入碳源气体；以及
S33，加热所述第一反应室30，使该第一反应室30内的温度达到800℃~1000℃，所述碳源气体发生裂解形成碳，并沉积在所述碳纳米管膜20上形成碳层52。
[0024] 步骤S31中，所述载气的作用是净化第一反应室30，使第一反应室30具有一个纯净的环境。所述载气包括氮气、氨气或惰性气体，比如氩气等。所述载气的体积流量为50sccm（标况毫升每分）~100sccm。本实施例中，载气选用氩气，该氩气的体积流量为85sccm。
[0025] 步骤S32中，所述碳源气体为碳氢化合物，比如烃、炔等，所述碳源气体的体积流量为20sccm~100sccm。本实施例中，所述碳源气体优选为乙炔，且乙炔的体积流量为70sccm。
[0026] 步骤S33中，所述第一反应室30的周围设置一加热器70，该加热器70使第一反应室30内的温度达到800℃~1000℃。在碳源气体不断通入第一反应室30内的情况下，碳层52的厚度与使第一反应室30内的温度保持800℃~1000℃的保温时间和碳源气体的通入时间及体积流量有关。所述保温时间越长，碳层52的厚度越厚。优选地，所述保温时间为30分钟至60分钟，所述碳层52的厚度为5纳米至10微米。为了使碳层52能够均匀覆盖所述碳纳米管膜20，甚至包覆碳纳米管膜20中的每一根碳纳米管，该碳层52的厚度大于等于5纳米，此时碳纳米管膜20生长碳层52后的厚度大于等于30纳米。本实施例中，第一反应室30内的温度为900℃，所述保温时间为45分钟，碳层52的厚度为1微米。
[0027] 在生成碳层52的整个过程中，所述第一反应室30为常压或低压状态，所述低压的压强为50帕至1000帕。由于第一反应室30内通有惰性载气，另外第一反应室30也可以为低压，因此碳纳米管膜20不会在800℃~1000℃下烧坏。
[0028] 所述载气也可以与碳源气体同时通入第一反应室30内，即将碳源气体和载气的混合气体通入第一反应室30内。此时，载气的体积流量为10sccm~50sccm。本实施例中，载气与碳源气体同时通入第一反应室30内，并且载气的体积流量为25sccm，所述碳源气体的体积流量为50sccm。
[0029] 由于碳纳米管膜20所包含的多个碳纳米管之间具有多个间隙，因此，当所述碳源气体裂解形成无定型碳时，该无定型碳不仅沉积在碳纳米管膜20中多个碳纳米管的表面，也沉积在相邻碳纳米管之间的间隙中，即，所述碳纳米管膜20上形成一碳层52，该碳层52包覆每一根碳纳米管。所述碳纳米管膜20和所述碳层52形成所述碳纳米管复合膜。
[0030] 步骤S40中，转动所述支撑轴60，同时从所述碳纳米管阵列10继续拉取碳纳米管膜20，使处于第一反应室30内的碳纳米管复合膜穿过第一反应室30的第一出口34和第二反应室40的第二进口42进入第二反应室40。
[0031] 所述第二反应室40为真空状态，其压强为50帕至1000帕。所述第二反应室40的周围设置一加热器70，该加热器70使第二反应室40内的温度达到2000℃~3000℃，所述碳纳米管膜20上的碳层52石墨化。真空下碳层52石墨化指的是碳层52从无定形态转变为共2
价键SP 杂化形态。由于第二反应室40为真空，因此所述碳纳米管膜20在2000℃~3000℃
2
不会破坏，且碳纳米管膜20中的碳纳米管本身已经是SP 杂化的石墨层结构，因此真空下加热或退火可以修复碳纳米管原有的结构缺陷。本实施例中，第二反应室40内的温度为
2500℃。
价键SP 杂化形态。由于第二反应室40为真空，因此所述碳纳米管膜20在2000℃~3000℃
2
不会破坏，且碳纳米管膜20中的碳纳米管本身已经是SP 杂化的石墨层结构，因此真空下加热或退火可以修复碳纳米管原有的结构缺陷。本实施例中，第二反应室40内的温度为
2500℃。
[0032] 当碳层52的厚度远大于碳纳米管的直径时，例如碳层52的厚度大于等于100纳米时，在碳层52石墨化形成石墨片时，由于完美的圆筒状石墨片是直的，这种情况下，所述石墨片平行于碳纳米管的延伸方向延伸变得很困难，不容易得到平行于碳纳米管延伸方向的外延石墨片，此时，所述石墨片会与碳纳米管延伸方向形成一定夹角。所述石墨片的长度远大于碳纳米管的直径，为50纳米至10微米，石墨片的宽度接近碳纳米管的直径，为10纳米至20纳米。
[0033] 第二反应室40内的温度保持为2000℃~3000℃的保温时间与碳层52的厚度有关，碳层52的厚度越厚，第二反应室40内的保温时间越长。优选地，碳层52的厚度为100纳米至10微米，所述第二反应室40内的保温时间为20分钟至60分钟。本实施例中，所述碳层52的厚度为1微米，第二反应室40内的保温时间为45分钟。
[0034] 所述碳纳米管膜20由多个碳纳米管组成，该碳纳米管由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、中空纳米管。因此，所述碳纳米管膜20本身已经是石墨化的结构。碳纳米管膜20上的碳层52石墨化后依附在本身已经是石墨化结构的碳纳米管膜20上，形成碳纤维膜50。该碳纤维膜50是由多根碳纤维形成的膜状结构。
[0035] 沿平行于碳纳米管膜20的拉取方向转动支撑轴60，从所述碳纳米管阵列10中进一步拉取碳纳米管膜20；继续转动支撑轴60，该碳纳米管膜20进入第一反应室30内并在该碳纳米管膜20上生长碳层52以形成碳纳米管复合膜，同时由于支撑轴60的转动，又有新的碳纳米管膜20从碳纳米管阵列10中拉出；再继续转动支撑轴60，所述碳纳米管复合膜进入第二反应室40内，使碳纳米管膜20上的碳层52石墨化以形成碳纤维膜50，同时由于支撑轴60的转动，所述新的碳纳米管膜20进入第一反应室30内生长碳层52以形成新的碳纳米管复合膜；最后将该碳纤维膜50卷绕在支撑轴60上进行碳纤维膜50的收集，同时由于支撑轴60的转动，所述新的碳纳米管复合膜进入第二反应室40内，使新的碳纳米管膜20上的碳层52石墨化以形成新的碳纤维膜50。随着支撑轴60的转动，一边从碳纳米管阵列10中拉取碳纳米管膜20，一边在碳纳米管膜20上生长碳层52，一边使所述碳层52石墨化形成碳纤维膜50，一边收集该碳纤维膜50，实现碳纤维膜50的连续、批量化生产。
[0036] 进一步，当第二反应室40内的碳纳米管膜20上的碳层52石墨化，形成碳纤维膜50，该碳纤维膜50移出第二反应室40时，先将该碳纤维膜50加捻再卷绕到支撑轴60上。
所述碳纤维膜50加捻，进一步提高了碳纤维膜50的机械强度。具体地，所述碳纤维膜50移出第二反应室40时，沿垂直于碳纳米管膜20的拉取方向旋转支撑轴60，使碳纤维膜50加捻形成绞线，然后，再沿平行于碳纳米管膜20的拉取方向旋转支撑轴60，将所述绞线卷绕在支撑轴60上。所述碳纤维膜50加捻后是线状或绳状的结构。
所述碳纤维膜50加捻，进一步提高了碳纤维膜50的机械强度。具体地，所述碳纤维膜50移出第二反应室40时，沿垂直于碳纳米管膜20的拉取方向旋转支撑轴60，使碳纤维膜50加捻形成绞线，然后，再沿平行于碳纳米管膜20的拉取方向旋转支撑轴60，将所述绞线卷绕在支撑轴60上。所述碳纤维膜50加捻后是线状或绳状的结构。
[0037] 可以理解，形成碳层52和所述碳层52石墨化的过程中，碳纳米管膜20始终悬空设置，该碳纳米管膜20的一端固定于所述支撑轴60，另一端连接于所述碳纳米管阵列10。
[0038] 请参见图3，本发明第二实施例进一步提供一种碳纤维膜50的制备方法，包括以下步骤：S100，提供多个碳纳米管阵列10；
S200，从所述多个碳纳米管阵列10中拉取获得多个碳纳米管膜20，将该多个碳纳米管膜20依次穿过一第一反应室30和一第二反应室40；
S300，向第一反应室30内通入载气和碳源气体，并控制温度，使第一反应室30内的多个碳纳米管膜20上分别形成一碳层52，获得多个碳纳米管复合膜；
S400，将所述多个碳纳米管复合膜导入所述第二反应室40内，控制温度，使第二反应室40内的多个碳纳米管膜20上的碳层52石墨化，获得多个碳纤维膜50。
S200，从所述多个碳纳米管阵列10中拉取获得多个碳纳米管膜20，将该多个碳纳米管膜20依次穿过一第一反应室30和一第二反应室40；
S300，向第一反应室30内通入载气和碳源气体，并控制温度，使第一反应室30内的多个碳纳米管膜20上分别形成一碳层52，获得多个碳纳米管复合膜；
S400，将所述多个碳纳米管复合膜导入所述第二反应室40内，控制温度，使第二反应室40内的多个碳纳米管膜20上的碳层52石墨化，获得多个碳纤维膜50。
[0039] 第二实施例中的步骤S100与第一实施例中的步骤S10的区别是：第一实施例为一个碳纳米管阵列10；第二实施例为多个碳纳米管阵列10。
[0040] 第二实施例中的步骤S200与第一实施例中的步骤S20的区别是：第一实施例中，从一个碳纳米管阵列10中拉取获得一个碳纳米管膜20；第二实施例中，从每个碳纳米管阵列10中拉取获得一个碳纳米管膜20，因此从多个碳纳米管阵列10中分别拉取一碳纳米管膜20，可以获得多个碳纳米管膜20。
[0041] 第二实施例中的步骤S300与第一实施例中的步骤S30的区别是：第一实施例中，第一反应室30内一个碳纳米管膜20上沉积一碳层52；第二实施例中，第一反应室30内多个碳纳米管膜20上均沉积一碳层52，且所述多个碳纳米管膜20间隔垂直重叠设置于第一反应室30内，可以节省占用空间。
[0042] 第二实施例中的步骤S400与第一实施例中的步骤S40的区别是：第一实施例中，第二反应室40内一个碳纳米管膜20上的碳层52石墨化；第二实施例中，第二反应室40内多个碳纳米管膜20上的碳层52石墨化，且所述多个碳纳米管膜20间隔或非间隔垂直重叠设置于第二反应室40内，可以节省占用空间。
[0043] 除此之外，第二实施例与第一实施例的步骤、参数等均相等，这里不再赘述。
[0044] 第二实施例中，同时制备多个碳纳米管膜20，在这多个碳纳米管膜20上同时分别沉积一碳层52，然后将其同时石墨化，同时得到多个碳纤维膜50，该多个碳纤维膜50可以分开收集于多个支撑轴60上，也可以合并收集于一个支撑轴60上。第二实施例的方法，提高了碳纤维膜50的制备方法的效率，并且提高了碳纤维50的产量。
[0045] 请参见图4和图5，本发明第三实施例进一步提供一种利用上述制备方法所制备的碳纤维膜50。该碳纤维膜50为一膜状结构，该碳纤维膜50包括多个碳纳米管56和多个石墨片58，该多个碳纳米管56通过范德华力首尾相连并沿同一方向延伸且形成一膜状，每一根碳纳米管56被多个石墨片58包围，每一石墨片58仅部分边缘通过共价键与碳纳米管56连接，且每一石墨片58与碳纳米管56的外壁之间有一角度。所述多个石墨片58间隔分布在每一碳纳米管56外壁表面。所述石墨片的长度远大于碳纳米管的直径，为50纳米至10微米，石墨片的宽度接近碳纳米管的直径，为10纳米至20纳米。每一石墨片58延伸的长度是碳纳米管56直径的2.5倍至100倍。
[0046] 或者说所述碳纤维膜包括多个首尾相连且沿同一方向延伸的碳纤维54，每一根碳纤维54包括一根碳纳米管56和多个石墨片58，该多个石墨片58形成一石墨层，该碳纳米管56被多个石墨片58包围，每一石墨片58通过共价键与碳纳米管56的外壁连接，且每一石墨片58与碳纳米管56的外壁之间有一角度。相邻碳纤维54之间通过范德华力连接。
[0047] 所述碳纳米管56均匀分布，且平行于碳纤维膜表面。由于相邻碳纳米管56之间通过范德华力连接，因此该碳纤维膜具有一定的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。
[0048] 每一石墨片58与碳纳米管56之间的角度的范围为大于0度且小于90度，优选地，每一石墨片58与碳纳米管56之间的角度大于等于30度且小于等于60度。多个石墨片58与碳纳米管56之间的角度可以相等也可以不相等，即，多个石墨片58可以无序地随机“斜插”或分布在碳纳米管56的外壁上，也可以有序地“斜插”或分布在碳纳米管56的外壁上。本实施例中，多个石墨片58与碳纳米管56之间的角度相等，均等于45度，如图4所示。每一根碳纤维54的直径与所述碳层的厚度有关，所述碳纤维54的直径为450纳米至100微米。本实施例中，所述碳纤维54的直径为500纳米。
[0049] 进一步，所述碳纤维膜50还可以包括至少两层交叉重叠设置的碳纳米管膜，相邻碳纳米管膜之间通过范德华力紧密结合。相邻两层碳纳米管膜中的碳纳米管56的延伸方向之间形成一夹角α，0≤α≤90度，具体可依据实际需求而进行调整，每一碳纳米管56的外壁分布有多个石墨片58。所述至少两层碳纳米管膜交叉重叠设置时，可以提高所述碳纤维膜50的机械强度。本实施例中，所述碳纤维膜50包括两层交叉重叠设置的碳纳米管膜，且该两层碳纳米管膜中碳纳米管56的延伸方向之间交叉的角度为90度。
[0050] 所述碳纤维膜50具有良好的导电性能，其方块电阻小于等于100欧姆。并且，由于石墨片58包围每一根碳纳米管56且通过共价键与该碳纳米管56连接，因此首尾相连的两个碳纳米管56之间的“节点”处也有石墨片58连接，即首尾相连的两个碳纳米管56之间的“节点”处，石墨片58通过共价键同时与所述两个碳纳米管56相连，因此，首尾相连的碳纳米管56之间的“节点”处的机械强度大幅提高，从而提高了所述碳纤维膜50的整体机械性能。
[0051] 本发明提供的碳纤维膜具有以下优点：第一、所述碳纤维膜是二维膜状结构，扩大了碳纤维的应用范围，且该碳纤维膜均是由碳元素组成，不含有任何杂质，具有良好的导电导热性能；第二、所述碳纤维膜包括一碳纳米管膜和一石墨层设置于所述碳纳米管膜的表面，该碳纳米管膜包括多个沿同一方向延伸的碳纳米管，该石墨层包括多个石墨片，每个碳纳米管的表面被所述多个石墨片包围且通过共价键与该多个石墨片连接，因此首尾相连的碳纳米管之间的“节点”处的机械强度大幅提高，从而所述碳纤维膜的整体机械性能大幅提高。
[0052] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
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