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CN103377774B - 导电元件的制备装置及制备方法 - Google Patents

导电元件的制备装置及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种导电元件的制备方法，其主要包括提供所述初始碳纳米管膜以及一基底；依次图案化处理或溶剂处理所述初始碳纳米管膜形成一碳纳米管层；以及将所述基底与所述碳纳米管层层叠设置并通过一对压辊之间，经过该一对压辊之后，所述基底与碳纳米管层压合在一起形成所述导电元件。本发明还提供一种上述导电元件的制备装置。

Description

导电元件的制备装置及制备方法
技术领域
本发明涉及一导电元件的制备装置及制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管的导电元件的制备装置及制备方法。
背景技术
导电元件，尤其是透明导电元件，是各种电子设备，如触摸屏、液晶显示器、场发射显示装置等的重要元件。
现有技术中的导电元件包括一基底以及形成于该基底表面的透明金属氧化物膜，如氧化铟锡（ITO层）、氧化锌（ZnO）。然而，金属氧化物膜在不断弯折后，其弯折处的电阻有所增大，其作为导电层具有导电特性、机械和化学耐用性不够好的缺点。这些金属氧化物膜的制备方法主要包括蒸发法、溅射法等方法。蒸发法、溅射法属于玻璃深加工方法，设备复杂、成本较高、不适合大规模生产。而且，采用上述方法形成导电元件时，均需经过一个温度较高的退火工艺。退火工艺会对透明导电元件的基底造成损害，无法在熔点较低的基底上形成，限制了导电元件的应用。另外，现有的金属氧化物膜具有导电各向同性的特点，从而使得现有的导电元件趋向于导电各向同性。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种具有导电异向性的导电元件的制备装置及制备方法。
一种导电元件的制备装置，其包括：一初始碳纳米管膜供给单元、一图案化处理单元、一溶剂处理单元、一基底供给单元、一碾压单元、一收集单元。其中，该初始碳纳米管膜供给单元用于连续提供一初始碳纳米管膜。该图案化处理单元用于在所述初始碳纳米管膜上进行图案化处理，使该初始碳纳米管膜形成至少一行通孔，且每行上至少有两个间隔设置的通孔。该溶剂处理单元用于对经过图案化处理的初始碳纳米管膜进行溶剂处理，使该经过图案化处理的初始碳纳米管膜收缩形成一碳纳米管层，该基底供给单元用于连续提供一基底。该碾压单元用于连续地将所述碳纳米管层及基底重叠设置并压合在一起，形成所述导电元件。该收集单元用于收集所述导电元件。
一种导电元件的制备方法的制备方法，包括以下步骤：提供一碳纳米管阵列、一基底、一对压辊以及一牵引单元；从所述碳纳米管阵列中拉取一初始碳纳米管膜，该初始碳纳米管膜的一端与所述碳纳米管阵列相连，且该初始碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿一第一方向延伸；将所述初始碳纳米管膜与所述基底层叠通过所述一对压辊之间，且位于所述碳纳米管阵列与该一对压辊之间的初始碳纳米管膜悬空设置；图案化处理所述悬空设置的初始碳纳米管膜，使该悬空设置的初始碳纳米管膜在所述第一方向上形成至少一行通孔，且每行上至少有两个间隔设置的通孔；采用一溶剂处理所述经过图案化处理的初始碳纳米管膜，使该经过图案化处理的初始碳纳米管膜收缩，形成一碳纳米管膜层；以及启动所述一对两个辊子及牵引单元，使该一对两个辊子及牵引单元转动，该一对两个辊子将该基底及所述碳纳米管层膜相压合在一起形成所述导电元件，该牵引单元带动所述基底及压合在该基底上的碳纳米管层运动，从而连续形成该导电元件。
一种导电元件的制备方法，包括以下步骤：提供多个碳纳米管阵列、一对压辊、一牵引单元以及一卷轴，该卷轴用于供给一基底，该多个碳纳米管阵列相互间隔地层叠设置；分别从所述多个碳纳米管阵列中拉取多个初始碳纳米管膜，该多个初始碳纳米管膜的一端分别与所述多个碳纳米管阵列相连，该多个初始碳纳米管膜远离该多个碳纳米管阵列的一端层叠，且每个初始碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿一第一方向延伸；将所述基底及所述多个层叠的初始碳纳米管膜层叠并通过所述一对压辊之间，并与该牵引单元相连；且该多个层叠的初始碳纳米管膜在所述多个碳纳米管阵列与该一对压辊之间悬空设置；图案化处理所述悬空设置的多个层叠的初始碳纳米管膜，使该悬空设置的多个层叠的初始碳纳米管膜在所述第一方向上形成至少一行通孔，且每行上至少有两个间隔设置的通孔；采用一溶剂处理所述经过图案化处理的多个层叠的初始碳纳米管膜，使该经过图案化处理的多个层叠的初始碳纳米管膜收缩，形成一碳纳米管层；以及启动所述两个辊子及牵引单元，使该两个辊子及牵引单元转动，该两个辊子将该基底及所述碳纳米管层相压合形成所述导电元件，该牵引单元带动所述基底及压合在该基底上的碳纳米管层运动。
一种导电元件的制备方法包括以下步骤：提供一初始碳纳米管膜，该初始碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿一第一方向延伸；提供一基底及一对压辊，将所述基底与该初始碳纳米管膜层叠通过所述一对压辊之间，且该初始碳纳米管膜在通过该一对压辊之前悬空设置；图案化处理所述悬空设置的初始碳纳米管膜，在该悬空设置的初始碳纳米管膜上在所述第一方向上形成至少一行通孔，且每行上至少有两个间隔设置的通孔；采用一溶剂处理上述图案化的初始碳纳米管膜，形成所述碳纳米管膜层；以及启动所述一对压辊，将通过该一对压辊之间的所述碳纳米管层膜及所述基底压合在一起形成所述导电元件。
与现有技术相比较，由本发明提供的导电元件的制备装置及制备方法制备的导电元件具有以下优点：由上述制备装置及制备方法制备的碳纳米管层包括多个碳纳米管线及多个碳纳米管团簇，该多个碳纳米管线沿第一方向延伸且间隔设置，所以该碳纳米管层在第一方向上具有导电性。所述多个碳纳米管团簇在一第二方向上通过该多个碳纳米管线隔开且沿所述第一方向间隔设置，所以该碳纳米管层在第二方向上也具有导电性，其中第一方向与第二方向相交设置。因此，该碳纳米管层为导电异向性膜，所以，由本发明提供的导电元件的制备装置及制备方法制备的导电元件具有导电异向性。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的导电元件的俯视图。
图2为沿图1中的II-II线的剖视图。
图3为本发明第一实施例采用的碳纳米管层的光学显微镜照片。
图4为本发明第一实施例提供的碳纳米管层的结构示意图，且该碳纳米管层中的碳纳米管团簇交错排列。
图5为本发明第一实施例提供的导电元件的制备方法流程图。
图6为本发明第一实施例提供的导电元件的制备工艺流程图。
图7为图6中的初始碳纳米管膜的扫描电镜照片。
图8为形成有一行通孔的初始碳纳米管膜的俯视图。
图9为形成有多行通孔的初始碳纳米管膜的俯视图。
图10为图6中的形成有通孔阵列的初始碳纳米管膜的部分光学显微镜照片。
图11为本发明实施例提供的导电元件的制备装置示意图。
图12为本发明第一实施例提供的导电元件与其他各种导电元件在不同波长下的透光度比较图。
图13为本发明第二实施例提供的导电元件的俯视图。
图14为沿图13中的XIV-XIV线的剖面图。
图15为本发明第二实施例采用的碳纳米管层的部分光学显微镜照片。
主要元件符号说明
制备装置 10
导电元件 100；200
初始碳纳米管膜供给单元 11
碳纳米管阵列 110
供给台 112
拉伸工具 114
图案化处理单元 12
基底 120
溶剂处理单元 13
初始碳纳米管膜 130
通孔 132
延伸部 134
连接部 136
滴瓶 137
溶剂 138
基底供给单元 14
碳纳米管层 140；240
碳纳米管线 142
碳纳米管团簇 144；244
碾压单元 15
压辊 150
粘胶供给单元 16
粘胶层 160
收集单元 170
收集轴 172
卷轴 180
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
请参阅图1及图2，本发明第一实施例提供一种导电元件100，其包括一基底120的表面以及一设置于该基底120的碳纳米管层140。
所述基底120主要起支撑的作用，其可以为一曲面型或平面型的结构。优选地，该基底120为曲面型或平面型的薄膜状结构。所述基底120具有适当的透光度。该基底120可以由硬性材料或柔性材料形成。具体地，所述硬性材料可选择为玻璃、石英、金刚石或塑料等。所述柔性材料可选择为聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚亚酰胺(PI)、纤维素酯、苯并环丁烯(BCB)、聚氯乙烯(PVC)及丙烯酸树脂等材料中的一种或多种。优选地，所述基底120的透光度在75%以上的柔性材料。本实施例中，所述基底120为一平面型的PET膜。可以理解，形成所述基底120的材料并不限于上述列举的材料，只要能使基底120起到支撑和透光的作用即可。
所述碳纳米管层140包括至少一碳纳米管膜。本实施例中，该碳纳米管层140为单层碳纳米管膜，该单层碳纳米管膜的结构可以参阅图3。所述碳纳米管膜包括多个间隔设置的碳纳米管线142以及多个碳纳米管团簇144，该多个碳纳米管线142与多个碳纳米管团簇144通过范德华力相互连接。该多个碳纳米管团簇144通过该多个碳纳米管线142隔开，且位于相邻的两个碳纳米管线142之间的碳纳米管团簇144间隔设置。所述碳纳米管线142以及多个碳纳米管团簇144分别包括多个碳纳米管，即该碳纳米管膜包括多个碳纳米管。优选地，该碳纳米管膜由碳纳米管组成。
所述多个碳纳米管线142沿所述第一方向X延伸且在一第二方向Y上相互平行且间隔设置，形成一第一导电通路。其中，该第二方向Y与所述第一方向X交叉设置。本实施例中，该第二方向Y与第一方向X垂直设置。优选地，该多个碳纳米管线142平行且等间距设置。每个碳纳米管线142的直径大于等于0.1微米，且小于等于100微米。优选地，每个碳纳米管线142的直径大于等于5微米，且小于等于50微米。该多个碳纳米管线142之间的间隔不限，优选地，相邻的碳纳米管线142之间的间距大于0.1毫米。所述多个碳纳米管线142的直径及间隔可以根据实际需要确定。优选地，每个碳纳米管线142的直径比较均匀，且该多个碳纳米管线142的直径基本相等。本实施例中，该碳纳米管膜中的每个碳纳米管线142的直径均匀，且大约为10微米；相邻的碳纳米管线142之间的间距大于1毫米。
每个碳纳米管线142中的碳纳米管通过范德华力首尾相连，且基本沿第一方向X择优取向排列。每个碳纳米管线142中的碳纳米管的轴向基本与该碳纳米管线142的表面平行，即，每个碳纳米管线142中的碳纳米管沿该碳纳米管线142的轴向择优取向排列。位于该碳纳米管线142的轴向上的相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。优选地，该碳纳米管线142中的碳纳米管的轴向基本与该碳纳米管线142的轴向平行。其中，所述碳纳米管线142的轴向及该碳纳米管线142中的碳纳米管的轴向基本平行于所述第一方向X。
所述多个碳纳米管团簇144在所述第二方向Y上间隔设置，且通过所述多个碳纳米管线142区分开。也可以说，位于该第二方向Y上的多个碳纳米管团簇144通过该多个碳纳米管线142连接在一起形成一第二导电通路。该多个碳纳米管团簇144可以在第二方向Y上排列成行，并通过所述多个碳纳米管线142在第二方向Y上形成连续的直线形第二导电通路。优选地，每个碳纳米管团簇144在所述第二方向Y上的长度基本与和该碳纳米管团簇144相连的碳纳米管线142的间距相等。所以，该碳纳米管团簇144在第二方向上的长度优选地大于0.1毫米。另外，位于相邻的碳纳米管线142之间的多个碳纳米管团簇144间隔设置，即，该多个碳纳米管团簇144在所述第一方向X上间隔设置。优选地，相邻的碳纳米管团簇144在第一方向X上的间距大于等于1毫米。本实施例中，该多个碳纳米管团簇144在该碳纳米管层140中呈阵列排布，位于第二方向Y上的多个碳纳米管团簇144整齐排列成行，形成一连续的第二导电通路。可以理解，位于第二方向上的多个碳纳米管团簇144可以交错排列，不成行排列，如图4所示。此时，该多个碳纳米管团簇144通过所述多个碳纳米管线142连接在第二方向Y上形成非直线形的第二导电通路。
每个碳纳米管团簇144中的碳纳米管通过范德华力相互作用在一起。每个碳纳米管团簇144中的碳纳米管的轴向与第一方向X的夹角大于等于0度，且小于等于90度。优选地，每个碳纳米管团簇228中的碳纳米管的轴向延伸方向与所述第一方向X的夹角大于等于0度，且小于等于30度。本实施例中，每个碳纳米管团簇144中的碳纳米管的轴向基本平行于所述第一方向X，也基本平行于所述碳纳米管线142的轴向。
需要说明的是，所述碳纳米管膜中的碳纳米管线142及碳纳米管团簇144的周围可能存在有少量的无规则排列的碳纳米管。但，这些无规则排列的碳纳米管基本不影响该碳纳米管膜的性质，如导电异向性。
该碳纳米管膜还包括多个孔隙，该多个孔隙主要是由该碳纳米管膜中的多个碳纳米管线142及多个碳纳米管团簇144间隔设置形成的。所以，当该多个碳纳米管线142及多个碳纳米管团簇144有规律排列时，该多个孔隙也有规律排列。如，当所述多个碳纳米管团簇144及碳纳米管线142呈阵列排布时，该多个孔隙也会随之呈阵列排布。该碳纳米管膜中的碳纳米管线142与碳纳米管团簇144的面积之和与所述多个孔隙的面积的比值大于0，且小于等于1:19。也可以说，该碳纳米管膜中的碳纳米管与所述多个孔隙的面积比大于0，且小于等于1:19。优选地，该碳纳米管膜中的碳纳米管的面积与该多个孔隙的面积比大于0，且小于等于1:49。所以，该碳纳米管膜的透光度大于等于95%，优选地，该碳纳米管膜的透光度大于等于98%。本实施例中，该碳纳米管膜的透光度在可见光区大约为98.43%。
所述多个碳纳米管团簇144间隔设置，且搭接于相邻的碳纳米管线142之间，使得该碳纳米管膜具有自支撑特性，为一自支撑结构，而且具有较好的强度及稳定性，不易破坏。所谓“自支撑”是指该碳纳米管膜不需要支撑体支撑就可以保持其固有的形状。
所述碳纳米管膜在第一方向X上形成第一导电通路，在第二方向Y上形成第二导电通路，所以，该碳纳米管膜为导电异向性膜，且其在同一平面内的两个方向上具有导电性，且该碳纳米管膜在每个方向上的电阻不同；该碳纳米管膜在第二方向Y上的电阻要高于第一方向X上的电阻。该碳纳米管膜在第二方向Y上的电阻与其在第一方向X上的电阻的比值大于等于10。优选地，该碳纳米管膜在第二方向Y上的电阻大于等于其在第一方向X上的电阻的20倍。本实施例中，该碳纳米管膜在第二方向Y上的电阻高于其在第一方向X上的电阻的50倍。
可以理解，所述碳纳米管层140也可以包括多个上述碳纳米管膜，且该多个碳纳米管膜平行无间隙排列或层叠设置。当该多个碳纳米管膜层叠设置时，相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管线的延伸方向基本一致。即，该碳纳米管层140的结构基本与所述碳纳米管膜的结构相同。
所述碳纳米管层140可以通过范德华力的作用直接固定在所述基底120的表面。由于所述碳纳米管层140具有多个孔隙，所述基底120的表面通过该多个孔隙暴露出来，即暴露于周围环境中。本实施例中，所述导电元件100进一步包括一粘胶层160。所述粘胶层160设置于该基底120的表面。所述碳纳米管层140设置于该粘胶层160的表面。即，该粘胶层160设置于所述基底120与碳纳米管层140之间。该粘胶层160主要用于将所述碳纳米管层140固定在基底120上。可以理解，由于所述碳纳米管层140具有多个孔隙，该粘胶层160可以通过该多个孔隙暴露出来。该粘胶层160的材料可以为热塑胶、热固胶或UV胶等。所述粘胶层160的厚度为1纳米~500微米。优选地，所述粘胶层160的厚度为1微米~2微米。所述粘胶层160具有适当的透光度，优选地，所述粘胶层160的透光度在75%以上。本实施例中，所述粘胶层160为一厚度约为1.5微米的UV胶层。
所述导电元件制备方法包括以下步骤：首先，提供所述碳纳米管层及所述基底；其次，将所述碳纳米管层固定在所述基底上。可以理解，所述碳纳米管层可以通过粘胶固定在所述基底上。该导电元件可以通过卷对卷（roll-to-roll）的制程制备。
该导电元件的制备方法还可以包括以下步骤：提供一初始碳纳米管膜、基底以及一对压辊，其中该初始碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿第一方向延伸；将所述基底与该初始碳纳米管膜同时通过该一对压辊之间，且该初始碳纳米管膜在该一对压辊之间被压合在所述基底，且该初始碳纳米管膜在通过该一对压辊之前悬空设置；图案化处理所述悬空设置的初始碳纳米管膜，在该悬空设置的初始碳纳米管膜上在所述第一方向上形成至少一行通孔，且每行上至少有两个间隔设置的通孔；采用一溶剂处理上述图案化的初始碳纳米管膜，形成所述碳纳米管膜；以及将该碳纳米管膜及所述基底层叠设置并通过该两个辊子之间，使得该碳纳米管膜与该基底压合在一起，形成所述导电元件。其中，所述一对压辊平行且相互贴合设置，该一对压辊优选为两个表面光滑的圆辊。上述导电元件的制备方法中还可以进一步提供一牵引单元，用于带动所述导电元件，收集该导电元件或为下一个工序提供该导电元件。
具体地，请一并参阅图5及图6，本发明第一实施例所述的导电元件100的制备方法可包括以下步骤：
S10，提供一碳纳米管阵列110、基底120、一对压辊150以及一收集单元170，该基底120通过该一对压辊150之间并与该收集单元170连接；
S20，从所述碳纳米管阵列110中拉取一初始碳纳米管膜130，该初始碳纳米管膜130的一端与所述碳纳米管阵列110相连，且该初始碳纳米管膜130包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿第一方向X延伸；
S30，将所述初始碳纳米管膜130与所述基底120层叠通过该一对压辊150之间；且该初始碳纳米管膜130在所述碳纳米管阵列110与该一对压辊150之间悬空设置；
S40，图案化处理所述悬空设置的初始碳纳米管膜130，使该悬空设置的初始碳纳米管膜130在所述第一方向X上形成至少一行通孔132，且每行上至少有两个间隔设置的通孔132；
S50，采用一溶剂138处理所述经过图案化处理的初始碳纳米管膜130，使该经过图案化处理的初始碳纳米管膜130收缩，形成所述碳纳米管层140；以及
S60，启动所述一对压辊150及收集单元170，使该一对压辊压辊150及收集单元170转动，该两个压辊150将所述基底120及所述碳纳米管层140压合在一起形成所述导电元件100，该收集单元170带动所述基底120及压合在该基底120上的碳纳米管层运动，从而连续形成所述导电元件100。
步骤S10中的碳纳米管阵列110的制备方法采用化学气相沉积法，该碳纳米管阵列110为多个彼此平行且垂直于生长基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列110。通过上述控制生长条件，该定向排列的碳纳米管阵列110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。所述碳纳米管阵列的制备方法可参阅范守善等人在2010年5月26日公告的中国发明专利CN101239712B。
所述碳纳米管阵列110为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列及多壁碳纳米管阵列中的一种。所述碳纳米管的直径为1~50纳米，长度为50纳米~5毫米。本实施例中，碳纳米管的长度优选为100~900微米。
可以理解，所述碳纳米管阵列110不限于上述制备方法，也可为石墨电极恒流电弧放电沉积法、激光蒸发沉积法等。
该步骤S10中的基底120为柔性薄膜状材料。所述压辊150可以为橡胶辊或金属辊，可以通过控制单元控制该压辊150以一定速度转动。该两个压辊150相互贴合并有一定相互作用力，从而能够为通过其间的物体施加一压力。具体地，该压辊150可以为一热轧机中的轧辊，该轧辊可以被加热至一定温度。
所述收集单元170可以主要用于收集后续形成的所述导电元件100，如，收集轴。本实施例中，所述收集单元170主要用于牵引后续形成的所述导电元件100至使用该导电元件100的工序。
所述压辊150的长度应大于等于所述基底120的宽度。本实施例中，该基底120缠绕于一卷轴180上。为使该基底120能够平滑地通过所述一对压辊150并受到所述收集单元170的牵引，所述收集单元170、卷轴180以及一对压辊150的轴线相互平行。
步骤S20可具体包括以下步骤：（a）采用一拉伸工具从所述碳纳米管阵列110中选定一个或具有一定宽度的多个碳纳米管；（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，进而形成一连续的初始碳纳米管膜130，如图6所示。其中，所述拉伸工具可以为具有一定宽度的胶带、镊子或夹子。本实施例中，所述拉取方向基本平行与所述第一方向X，即，该拉取方向为沿基本垂直于碳纳米管阵列110的生长方向。
在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离生长基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管分别与其它碳纳米管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自支撑的初始碳纳米管膜130。该初始碳纳米管膜130包括多个首尾相连的碳纳米管，该碳纳米管基本沿拉伸方向择优取向排列。该直接拉伸获得该初始碳纳米管膜130的方法简单快速，适宜进行工业化应用。
该初始碳纳米管膜130的宽度与碳纳米管阵列110的尺寸以及步骤（a）中拉伸工具选定的多个碳纳米管的宽度有关，该初始碳纳米管膜130的长度不限，可根据实际需求制得。当该碳纳米管阵列110的生长面积为4英寸时，该初始碳纳米管膜130的宽度为0.5纳米~10厘米。该初始碳纳米管膜130的厚度为0.5纳米~100微米。该初始碳纳米管膜130的宽度应小于等于所述基底120及两个压辊150的宽度。
可以理解，在初始碳纳米管膜130从所述碳纳米管阵列110中拉出的过程中，所述碳纳米管阵列110面积不断减小，所述碳纳米管阵列110中的碳纳米管不断被从碳纳米管阵列110中首尾相连的拉出从而形成所述初始碳纳米管膜130。由于该初始碳纳米管膜130仍处于拉取阶段，并未与碳纳米管阵列110脱离，该初始碳纳米管膜130的一端与该碳纳米管阵列110通过范德华力相连，另一端与所述拉伸工具相连。
可以理解，可同时提供多个碳纳米管阵列110，并同时分别从该多个碳纳米管阵列110中拉取获得多个初始碳纳米管膜130。另外，也可以从一个碳纳米管阵列110中拉取获得多个初始碳纳米管膜130。
步骤S30，将所述初始碳纳米管膜130远离碳纳米管阵列110的一端及基底120层叠通过所述一对压辊150之间。具体地，可以将所述初始碳纳米管膜130远离所述碳纳米管阵列110的一端沿基底120的长度方向与所述通过压辊150的基底120表面相贴合。该初始碳纳米管膜130在未通过所述一对压辊150之前是悬空设置的，也可以说，位于所述碳纳米管阵列110与所述一对压辊150之间的初始碳纳米管膜130悬空设置。
由于所述碳纳米管阵列110中的碳纳米管非常纯净，且由于碳纳米管本身的比表面积非常大，所以该初始碳纳米管膜130本身具有较强的粘性。因此，该初始碳纳米管膜130可直接通过自身的粘性固定在所述基底120表面。另外，也可以进一步预先在基底120的表面形成所述粘胶层160，该初始碳纳米管膜130应直接覆盖该基底120具有该粘胶层160的表面，并通过该粘胶层160固定于所述基底120表面。所述粘胶层160可以通过喷涂粘胶等方式形成在所述基底120的表面。本实施例中，该步骤S30进一步包括在该基底120待与所述初始碳纳米管膜130接触的表面喷涂UV胶，以形成所述粘胶层160的步骤；且在该步骤过程中，该粘胶层160处于待固化或待凝固的状态。
该压辊150的轴线与所述碳纳米管阵列110表面平行，从而使从所述碳纳米管阵列110中拉取的初始碳纳米管膜130与压辊150的轴线基本平行，以达到将所述基底120固定在收集单元170上的目的。
可以理解，当同时分别从多个碳纳米管阵列110中拉取多个初始碳纳米管膜130，且该多个碳纳米管阵列110在所述碳纳米管的生长方向上间隔设置时，即该多个碳纳米管阵列110相互间隔地层叠设置时，该多个初始碳纳米管膜130在远离该多个碳纳米管阵列110的一端分别相互层叠，依次经过后续的图案化处理及溶剂处理以形成所述碳纳米管层140，再将该碳纳米管层140压合在所述基底120上。当该多个碳纳米管阵列110并排设置时，从该多个碳纳米管阵列110中拉取的多个初始碳纳米管膜130在远离碳纳米管阵列110的一端并排覆盖在所述基底120的表面，在后续依次经过图案化处理及溶剂处理之后形成所述碳纳米管层140，并将该碳纳米管层140铺设在所述基底120上，使得该碳纳米管层140的宽度不限，从而使该导电元件100的宽度不限。
所述步骤S40对所述悬空设置的初始碳纳米管膜130进行图案化处理的目的是在所述初始碳纳米管膜130上沿第一方向X上形成间隔设置的通孔132。该步骤可以采用激光照射处理或电子束照射处理等方法实现在所述初始碳纳米管膜130上形成所述多个通孔132。当采用激光照射法对该初始碳纳米管膜130进行图案化处理时，该步骤具体可以包括以下分步骤：首先，提供一激光器，该激光器的激光束的照射路径可通过电脑程序控制。其次，将所述待形成多个通孔的碳纳米管膜的形状输入电脑程序中，以便控制激光器中的激光束的照射路径，在所述初始碳纳米管膜上烧蚀形成多个通孔。然后，开启激光器，采用激光束照射悬空设置的初始碳纳米管膜130，在该悬空设置的初始碳纳米管膜130上形成所述多个通孔132。可以理解，还可以通过固定激光束，移动所述初始碳纳米管膜130使激光束照射该初始碳纳米管膜130的表面，控制该初始碳纳米管膜130的运动路径，在该初始碳纳米管膜130上烧蚀形成多个通孔。其中，所述激光束的功率密度为10000-100000瓦/平方毫米，扫描速度为800-1500毫米/秒。优选地，该激光束的功率密度为70000-80000瓦/平方毫米，扫描速度为1000-1200毫米/秒。
所述步骤S40中形成的通孔的形状可以为圆形、四边形、椭圆形或三角形等图形。优选地，所述四边形为至少具有一对平行边的四边形，如平行四边形、长方形、正方形、菱形等。更优选地，该通孔的形状为长方形。当长方形的宽度比较小时，可以认为该长方形为一直线，即可以认为该通孔的形状为直线形。所述通孔的有效直径大于所述初始碳纳米管膜中自然存在的微孔的有效直径。优选地，该通孔的有效直径大于等于0.1毫米。相邻的通孔之间的间距大于所述初始碳纳米管膜中的微孔的有效直径。优选地，该相邻通孔之间的间距大于等于0.1毫米。所述通孔的形状、有效直径以及相邻的通孔之间的间距可以根据实际需要确定。
该步骤S40中对所述初始碳纳米管膜进行图案化处理，在该初始碳纳米管膜上形成的通孔可以按照下面的几种方式分布：
（1）请参阅图8，在所述初始碳纳米管膜130上形成多个间隔设置的通孔132，该多个间隔设置的通孔132在该初始碳纳米管膜中沿所述第一方向X排列成一行且平行于所述第一方向。其中，该第一方向X基本平行于该初始碳纳米管膜130中的碳纳米管的轴向延伸方向。该多个通孔将该初始碳纳米管膜130分成多个连接部136以及两个延伸部134，该初始碳纳米管膜的连接部136为同一行中相邻的通孔132之间的部分，也就是说，该初始碳纳米管膜130的连接部136间隔设置且通过通孔132隔开，并与该多个通孔132交替排布。该初始碳纳米管膜130的两个延伸部134指的是该初始碳纳米管膜130中除了所述连接部136外的其它部分，且分别位于所述多个连接部136的两侧。也可以说，在与第一方向X相交的第二方向Y上，该两个延伸部134通过该多个连接部136隔开。所以，该多个连接部136与两个延伸部134是一体结构，该两个延伸部134通过该多个连接部136连接在一起。优选地，该第二方向Y垂直于第一方向X。每个延伸部134基本沿所述第一方向X连续延伸。
（2）请参阅图9，在所述初始碳纳米管膜130上形成多个通孔132，该多个通孔132沿所述第一方向X排列成多行，且位于同一行中的通孔132沿所述第一方向X间隔排列。该多个通孔132在所述第二方向Y上可以交错设置。所谓“交错设置”指的是，该多个通孔132在第二方向Y上没有成列排布。可以理解，所述多个通孔132也可以沿该第二方向Y排列成多列，且位于同一列上的通孔132沿该第二方向Y间隔排列，所以，该多个通孔132呈阵列状，行列排布。即，该多个通孔132在该初始碳纳米管膜130上排列成多行多列。
该多个通孔132将该初始碳纳米管膜130分成多个连接部136及多个延伸部134。该多个连接部136位于同一行中相邻的通孔132之间，该多个连接部136的排列方式与该多个通孔132的排列方式相同，同一行的连接部136沿第一方向X间隔设置，并通过同一行的通孔132隔开。每个连接部136在第二方向Y上的长度等于其相邻的通孔132在第二方向Y上的长度，每个连接部136沿第一方向上的长度基本等于与其位于同一行并与其相邻的两个通孔132之间的间距。所述多个延伸部134在第一方向X上是一连续的整体，且位于相邻行的通孔132及所述初始碳纳米管膜130的连接部136之间。每个延伸部134在第二方向Y上的长度为其相邻两行的通孔132在第二方向Y上的间距，且将与其相邻的两行中的多个连接部136隔开。同样地，该多个连接部136与该多个延伸部134为一体结构，该多个延伸部134通过该多个连接部136连接在一起。优选地，每个通孔132在第一方向X上的有效长度大于其相邻的通孔132在第二方向Y上的间距。
需要说明的是，本文所谓的“位于同一行的通孔”指的是至少有一条基本平行于所述第一方向X的直线可以同时贯穿该位于同一行中的通孔；本文中所谓的“位于同一列中的通孔”指的是至少有一条基本平行于所述第二方向Y的直线可以同时贯穿该位于同一列中的通孔。所述初始碳纳米管膜130中的连接部136的排列方式与该初始碳纳米管膜中的通孔的排列方式基本相同。由于受到制备工艺的影响，每个通孔的周围可能会有少量碳纳米管毛刺存在，从而使得通孔的边缘存在参差不齐的现象。
本实施例中，采用功率密度大约为70000瓦/平方毫米，扫描速度大约为1100毫米/秒的激光束对该悬空设置的初始碳纳米管膜130进行图案化处理，在该悬空设置的初始碳纳米管膜130上形成多个长方形的通孔132。请参阅图6及图10，该多个通孔132均匀分布且排列成多行多列，并将该初始碳纳米管膜130分成多个连接部136及多个延伸部134。该多个连接部136的排列方式基本与所述多个通孔132的排列方式一样，呈阵列状、多行多列排布。其中，该多个通孔132沿第一方向X及第二方向Y上的间距均为1毫米，每个通孔132沿第一方向X的长度大约为3毫米，每个通孔132沿第二方向Y的长度大约为1毫米。因此，该初始碳纳米管膜130的连接部136沿第二方向Y的长度基本为1毫米，沿第一方向X的长度基本为1毫米。该初始碳纳米管膜130的延伸部134沿第二方向Y的长度等于位于同一列上的相邻的两个通孔132在第二方向Y上的长度，所以，该延伸部134沿第二方向Y上的长度基本为1毫米。
步骤S50可以为，将所述溶剂滴落或喷洒在悬空设置的形成有多个通孔132的初始碳纳米管膜130的表面，以浸润该具有至少一行通孔132的初始碳纳米管膜130。由于该初始碳纳米管膜130中的每个延伸部134中的碳纳米管首尾相邻且基本沿第一方向X排列，且每个延伸部134在第一方向X上为一个连续的整体，所以，在表面张力的作用下，该初始碳纳米管膜130中的多个延伸部134收缩分别形成多个碳纳米管线142，也就是说，该初始碳纳米管膜130的每个延伸部134向其中心收缩形成一个碳纳米管线142，同时使得位于该延伸部134两侧的通孔132的有效直径增大，从而形成多个间隔设置的碳纳米管线142。同时，每个延伸部134在收缩成碳纳米管线142的过程中会对其邻近的连接部136产生一个拉力，使得该连接部136形成所述碳纳米管团簇144，从而形成所述碳纳米管层140，使得该碳纳米管层140包括多个间隔的碳纳米管线142，及被该多个碳纳米管线142隔开的多个碳纳米管团簇144。因此，该碳纳米管层140中相邻的碳纳米管线142之间的间距大于其对应的初始碳纳米管膜130上相邻的延伸部134之间夹持的通孔132在第二方向Y上的长度，大于0.1毫米；且每个碳纳米管线142由多个通过范德华力首尾相连且基本沿同一方向延伸的碳纳米管构成，该多个碳纳米管基本沿第一方向X延伸。该多个碳纳米管团簇144将相邻的碳纳米管线142通过范德华力连接在一起形成所述碳纳米管层140。
所述溶剂138可以为有机溶剂或水等。根据该溶剂138的挥发性的不同，该溶剂138对所述初始碳纳米管膜130的表面张力也不同，该初始碳纳米管膜130的延伸部134在收缩成碳纳米管线142的过程中对其相邻的连接部136产生的拉力的大小也不同，从而使得该初始碳纳米管膜130的连接部136中的碳纳米管的排列方式不同，进而使得所述碳纳米管团簇144的结构也不同。
当所述溶剂138为有机溶剂，如，乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等具有较高挥发性的溶剂时，对该初始碳纳米管膜130的表面张力就比较大，该初始碳纳米管膜130的延伸部134在收缩成碳纳米管线142的过程中对其相邻的连接部136产生的拉力就比较大，可以使得该连接部136中的碳纳米管的由基本沿第一方向X延伸转变为与该第一方向X相交的方向延伸，并与该第一方向X形成一较大的第一夹角；同时在表面张力的作用下，每个连接部136中的碳纳米管会收缩形成一网状结构，该网状结构即为所述碳纳米管团簇144，从而使得该多个连接部形成多个碳纳米管团簇144。所以，该多个连接部136形成多个具有网状结构的碳纳米管团簇144。优选地，所述第一夹角大于等于45度，且小于等于90度。本实施例中，所述溶剂138为乙醇。该第一夹角基本为90度。
当所述溶剂138为水，或具有一定浓度的水与有机溶剂的混合溶液时，该溶剂138对该初始碳纳米管膜130的表面张力相对比较小，该初始碳纳米管膜130的延伸部134在收缩成碳纳米管线142的过程中对其相邻的连接部136分产生的拉力相对比较小，对该初始碳纳米管膜130的连接部136中的碳纳米管的拉力就比较小，从而使得该多个连接部136中的碳纳米管的轴向基本不发生改变或改变较小，形成多个碳纳米管团簇144，此时，该碳纳米管团簇144中的碳纳米管的轴向基本平行于所述碳纳米管线142中的碳纳米管的轴向及所述第一方向X，或该碳纳米管团簇144中的碳纳米管的轴向与该碳纳米管线142中的碳纳米管及第一方向X具有较小的第二夹角，且该第二夹角小于等于30度。优选地，该夹角小于等于15度。
由于在图案化处理初始碳纳米管膜130形成通孔132的过程中，该初始碳纳米管膜130中的通孔132的边缘受激光或电子束等工艺条件的限制，该通孔132的边缘参差不齐。所以，经过溶剂处理后，所述碳纳米管线142及碳纳米管团簇144的周围会有少量不规则排列的碳纳米管存在，如，图3所示的该碳纳米管膜10的光学显微镜照片。
本实施例中，将一滴瓶137放置于所述经过激光处理的初始碳纳米管膜130的上方，乙醇溶剂138从该滴瓶137滴落于该经过图案化处理的初始碳纳米管膜130的表面。在表面张力的作用下，所述初始碳纳米管膜130的每个延伸部134在其中间位置形成多个碳纳米管线142。同时，该初始碳纳米管膜130的连接部136形成多个碳纳米管团簇144，且该多个碳纳米管团簇144沿第二方向通过所述多个碳纳米管线142连接，且沿第一方向X间隔设置。由此形成所述碳纳米管层140。
因此，通过控制沿第二方向Y排列的通孔132之间的间距以及通孔132的形状可以控制所述第二碳纳米管线的直径；通过控制位于第二方向Y上的相邻通孔132之间的间距以及通孔132的宽度可以控制相邻的第二碳纳米管线之间的间距。当所述通孔132为长方形，该通孔132的在第二方向Y的长度分别相等，且位于同一列上的相邻通孔132之间的间距相等时，所述多个碳纳米管线142的直径相等，且相邻的碳纳米管线142之间的间距也相等；进一步，当该多个通孔132的在第一方向X的长度分别相等，所述多个碳纳米管团簇144基本沿第二方向Y排列，甚至该多个碳纳米管团簇144的形状基本相同。因此，本发明提供的碳纳米管膜的制备方法可以有效地、简单地控制其中的碳纳米管线之间的间距及碳纳米管线的直径。并且，可以通过调整所述通孔的数量及尺寸来改变所述碳纳米管层的结构，进而该改变该碳纳米管层的电阻，尤其是改变该碳纳米管层的导电异向性，也就是说，可以根据对所述碳纳米管层的透光度及电阻等的需求来进行步骤S40。
可以理解，所述碳纳米管层140可以由一层初始碳纳米管膜130形成，也可以由多个层叠设置的初始碳纳米管膜130形成，且该相邻的初始碳纳米管膜130中的碳纳米管的排列方向基本相同。
S60，启动所述一对压辊150及收集单元170，该一对压辊150以相反的方向转动，且压合通过该一对压辊150的基底120以及碳纳米管层140，形成所述导电元件100。同时，在所述收集单元170的作用下，沿远离所述碳纳米管阵列110的方向传送该导电元件100，并带动所述基底120及压合在该基底120上的碳纳米管层140运动。优选地，该对压辊150的转速与所述收集单元170的转动速度相同。
在所述碳纳米管层140未形成时，通过所述收集单元170的转动，所述基底120带动覆盖于其上的初始碳纳米管膜130运动，位于所述碳纳米管阵列110与压辊150之间的初始碳纳米管膜130依次经过后续的图案化及溶剂处理之后，形成所述碳纳米管层140。该碳纳米管层140与所述基底120穿过该一对压辊150之间，在该一对压辊150的压力作用下，该碳纳米管层与该基底120压合固定在一起形成所述导电元件100。接下来，随着该收集单元170的转动，所述导电元件100带动其中的碳纳米管层140运动，从而也使得所述初始碳纳米管膜130不断的从所述碳纳米管阵列110中拉出，并不断地依次经过图案化及溶剂处理，不断地形成该碳纳米管层140。同时，该基底120不断从所述卷轴180上拉出。可以理解，当同时提供多个碳纳米管阵列110时，通过收集单元170的转动，多个初始碳纳米管膜130不断地从该多个碳纳米管阵列110中同时拉出。
另外，当该一对压辊150具有一较高的温度时，可以热压通过于其间的基底120以及碳纳米管层140，从而使该碳纳米管层140与所述基底120更牢固的结合。当具有粘胶层160的基底120通过加热的压辊150时，该粘胶层160可被融化，并将该基底120与该碳纳米管层140牢固地结合。
本实施例中，步骤S30中采用UV胶作为粘胶层160，所以该步骤S70还包括采用紫外光照射该粘胶层160的步骤，从而使该粘胶层160感光固化，并与所述初始碳纳米管膜130或该碳纳米管层140牢固地结合。
依据上述导电元件100的制备方法，请参阅图11，本发明实施例提供上述导电元件的制备装置10，该导电元件的制备装置10包括：一初始碳纳米管膜供给单元11、一图案化处理单元12、一溶剂处理单元13、一基底供给单元14、一碾压单元15以及一收集单元170。
所述初始碳纳米管膜供给单元11用于沿第一方向X为所述图案化处理单元12连续的提供初始碳纳米管膜130。本实施例中，该初始碳纳米管膜供给单元11包括一碳纳米管阵列110、一供给台112，以及一拉伸工具114。其中，该供给台112用于放置该碳纳米管阵列110。所述拉伸工具114用于从该碳纳米管阵列110上基本沿所述第一方向X拉伸获得所述初始碳纳米管膜130。该拉伸工具114可以为直尺、胶带等具有一定宽度的工具。
所述图案化处理单元12用于在所述初始碳纳米管膜130上进行图案化处理，使该初始碳纳米管膜130在所述第一方向X上形成至少一行通孔132，且每行上至少有两个间隔设置的通孔132。本实施例中，该图案化处理单元12为激光器。可以理解，该图案化处理单元12也可以为电子束照射装置。
所述溶剂处理单元13用于对经过所述图案化处理单元12形成的图案化初始碳纳米管膜进行溶剂处理，使该图案化初始碳纳米管膜收缩形成所述碳纳米管层140。本实施例中，所述溶剂处理单元13包括一溶剂138及一用于放置该溶剂138的滴瓶137。该滴瓶137的底部具有一开口，所述溶剂138从该开口处流出，并浸润所述图案化处理的初始碳纳米管膜。可以理解，该溶剂处理单元13用于盛放溶剂138的容器不限于上述滴瓶137，只要该容器能够盛放溶剂138并可以使溶剂138浸润所述图案化处理的初始碳纳米管膜即可，如一喷壶。
所述基底供给单元14用于连续地提供贴附所述碳纳米管层140的基底120。本实施例中，该基底供给单元14包括一卷轴及缠绕在该卷轴上的基底120，其中，该卷轴的结构可以为图5所示的卷轴180。
所述碾压单元15用于将所述碳纳米管层140及基底120重叠设置并压合在一起，形成所述导电元件100。本实施例中，该碾压单元15包括一对沿相反方向转动的滚轴，所述碳纳米管层140及基底120穿过该一对滚轴之间，从而将该碳纳米管层140压合在基底120上。其中，该一对滚轴为图5中所示的一对压辊150。
所述收集单元170用于收集所述导电元件100，并带动所述基底120及粘附其上的碳纳米管层140运动，该碳纳米管层140的运动带动所述初始碳纳米管膜130不断从所述碳纳米管阵列110中拉伸出来，从而使得该导电元件100可以连续的生产。本实施例中，该收集单元170包括一收集轴172，该收集轴172使经过碾压单元15形成的导电元件100沿第一方向X运动，并缠绕在该收集轴172上，从而可以牵引所述基底120及贴合其上的碳纳米管层140运动。
另，该导电元件的制备装置10还可以进一步包括一粘胶供给单元16，该粘胶供给单元16用于在基底供给单元14提供的基底120未进入碾压单元15之前，在该基底120待贴合所述碳纳米管层140的表面形成一粘胶层，从而保证该碳纳米管层140牢固地固定在该基底120上。本实施例中，该粘胶供给单元16为一粘胶喷涂机。
可以理解，所述制备导电元件100的方法以及该导电元件的制备装置10可实现大规模连续生产该导电元件100。当所述碳纳米管阵列110中的碳纳米管拉取完毕，或者基底120用完时，可停止所述收集单元170以及碾压单元15（如一对压辊150）的运动，并替换一新的碳纳米管阵列110或基底120，从而生产出任意长度的导电元件100。使用时，该导电元件100可任意裁剪成需要的尺寸及形状。该导电元件100可具有较好的透光度，故可以作为一透明导电膜使用。由于该碳纳纳米管膜具有较好的耐弯折性，可任意弯折而不被破坏，与采用氧化铟锡（ITO）制备的透明导电膜比较，该导电元件100具有更好的耐弯折性。
所述导电元件100在采用卷对卷的制程的过程中，所述图案化的初始碳纳米管膜及所述碳纳米管层140应该具有一定的强度，才能不被收集单元170所产生的拉力拉断，才能够保证该导电元件100能够采用卷对卷制程生产，即，能够使用上述导电元件的制备装置10来制备。其中，该图案化的初始碳纳米管膜及所述碳纳米管层140的强度都与图案化的初始碳纳米管膜130上的通孔132的相关参数有关，下面将以具体实施例作进一步说明。
现以长方形的通孔为例说明所述碳纳米管层140具有卷对卷特性，具体请参见表1。其中，该碳纳米管层140是由单层的初始碳纳米管膜130形成的；即，该碳纳米管层140为单层的碳纳米管膜。另，采用频率为20千赫的激光扫描所述初始碳纳米管膜130，形成均匀分布的该通孔132阵列，每个通孔132在第一方向X上的长度为a，每个通孔132在第二方向Y上的长度为b，相邻的通孔132在第一方向X上的间距为c，相邻的通孔132在第二方向Y上的间距为d。参数a大于参数d。其中，所述参数b相对于参数a相当小是，且可以被认为是0时，该通孔132的形状可以被认为是直线形。下表1中的样品1-10采用的激光的扫描速度为500毫米/秒；样品11-13采用扫描速度为5毫米/秒的激光单线扫描。
表1通孔的参数与所述碳纳米管层的卷对卷制程的可行性
从表1中可以看出本发明提供的导电元件100中的由单层碳纳米管膜组成的碳纳米管层140是可以采用卷对卷制备的。样品5和样品7中的参数b和参数d基本相等，图案化的初始碳纳米管膜勉强可以采用卷对卷制程。当参数d大于参数b时，该图案化的初始碳纳米管膜可以采用卷对卷制程。所以，采用上述方法制备该导电元件100的过程中，参数d应大于等于参数b；优选地，参数d大于参数b。
该导电元件100具有较好的透明度及导电性。本实施例通过测量样品1-4的透明度以及在第一方向X及第二方向Y上的电阻来表示各样品的电阻及各个波长下的透明度，各样品均被制成3毫米×3毫米的方块形状。其中，样品1为：PET片；样品2为：初始碳纳米管膜130通过UV胶固定于PET片；样品3为：激光处理的初始碳纳米管膜130通过UV胶固定于PET片（激光处理的初始碳纳米管膜130指的是上述经过激光处理形成有多个通孔132的初始碳纳米管膜130）；样品4为：所述导电元件100，该导电元件100中的碳纳米管层140是通过采用乙醇溶剂处理所述样品3而得到。另，样品2-4是通过将体积比为1:1的UV胶与乙酸丁酯的混合溶液涂覆在PET片上来实现固定在PET片上的。
表2各种样品的电阻及透明度
从上表2可以看出导电元件100中的碳纳米管层140的电阻在各个方向上的电阻虽然比所述初始碳纳米管膜130及激光处理过的初始碳纳米管膜的电阻大，但该碳纳米管层140仍是一个导电异向性膜，且其在两个方向上的电阻仍相差50倍以上。请参阅图12及上表2，样品4在各个波长下的透光度均大于样品2及样品3的透光度，所以所述导电元件100在各个波长下均具有较高的透光度。另，在各个波长下，样品4的透光度接近样品1的透光度，这说明所述导电元件100的透光度接近其基底120的透光度；也说明该导电元件100中的碳纳米管层140的透光度比较高。
请参阅图13及图14，本发明第二实施例提供一导电元件200，该导电元件200包括所述基底120、所述粘胶层160以及通过该粘胶层160固定在该基底120上的碳纳米管层240。该碳纳米管层240包括多个碳纳米管线142及多个碳纳米管团簇244。该多个碳纳米管线142及多个碳纳米管团簇244呈阵列排列。该碳纳米管层240的结构与第一实施例中的碳纳米管层140的结构基本相同，不同之处在于：每个碳纳米管团簇244包括多个第二碳纳米管242，该多个第二碳纳米管242的轴向延伸方向基本平行于所述碳纳米管线142的延伸方向。也就是说，该碳纳米管层240中的碳纳米管基本沿同一方向择优取向排列。该碳纳米管层240的具体结构可参见图15所示的显微镜照片。
所述导电元件200的制备方法与第一实施例提供的导电元件100的制备方法基本相同，不同之处在于：所述碳纳米管层240与第一实施例中的碳纳米管层140的制备方法不同。具体地，本实施例中的碳纳米管层240是采用水作为溶剂来处理悬空设置的形成有通孔的初始碳纳米管膜的。在水处理该初始碳纳米管膜130的过程中，所述初始碳纳米管膜130的连接部136中的碳纳米管的排列方向基本不发生改变，从而使得该碳纳米管团簇244中的碳纳米管的排列方向基本平行于所述第一方向。
由本发明实施例提供的导电元件中的碳纳米管层包括多个间隔设置的碳纳米管线及碳纳米管团簇，使得该碳纳米管层具有较高的透光度。该碳纳米管层为一单层碳纳米管膜，该碳纳米管膜的透光度在可见光区大于等于95%，甚至可以达到98%以上。该碳纳米管膜中的碳纳米管线及碳纳米管团簇有规律排列成多行多列，使得该碳纳米管膜在同一平面内的两个方向上具有较好的导电异向性，且该碳纳米管膜在行列方向上的电阻可以相差50倍以上。
该碳纳米管膜中的碳纳米管线通过多个碳纳米管团簇固定在一起，形成膜状结构，使得该碳纳米管膜具有较好的强度及稳定性，不易破裂。如，当采用激光处理宽度大约为15毫米的初始碳纳米管膜，在该初始碳纳米管膜上形成通孔阵列，且每个通孔的参数a、b、c及d分别为3毫米、0.35毫米、0.8毫米及0.35毫米时，该碳纳米管膜的能承受的最大拉力大约为105毫牛顿。由于该碳纳米管膜具有较好的强度且具有较好的柔韧性，当所述基底为柔性材料时，所述导电元件为柔性元件，所以本发明实施例提供的导电元件可以采用卷对卷制程制备。而且，当所述基底具有较高的透光度时，本发明实施例提供的导电元件为透明导电元件。
本发明实施例提供的制备导电元件的制备方法及该导电元件的制备装置包括形成所述碳纳米管层的步骤，该碳纳米管层是通过在初始碳纳米管膜的表面沿第一方向形成至少一行通孔并结合溶剂处理该形成有通孔的初始碳纳米管膜的方法来制备的；另，还可以通过控制初始碳纳米管膜上的通孔的数量及尺寸来控制碳纳米管层中的碳纳米管线的直径以及相邻的碳纳米管线之间的间距，即控制该碳纳米管层的结构，从而可以控制该碳纳米管层的透光度以及其在各个方向上的电阻，进而可以控制该导电元件的透光度及导电性。该碳纳米管层的制备方法比较简单，而且该导电元件的制备装置比较容易控制该碳纳米管层的透光度及导电性，有利于工业化生产。
本发明实施例提供的导电元件的制备装置中的收集单元可以带动所述导电元件中的基底及碳纳米管层运动。该基底在所述基底供给单元中可以通过缠绕在卷轴上提供，所以，该基底在所述收集单元的带动下，可以由基底供给单元连续不断地提供。同时，该碳纳米管层的运动带动所述初始碳纳米管膜连续不断地从所述碳纳米管阵列中获得，即，该初始碳纳米管膜可以在所述收集单元的带动下，连续不断地由初始碳纳米管膜供给单元提供，进而保证连续地形成所述碳纳米管层。因此，本发明实施例提供的导电元件的制备装置可以采用卷对卷制程连续地生产所述导电元件。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，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内。

Claims (24)

1.一种导电元件的制备装置，其包括：
一初始碳纳米管膜供给单元，该初始碳纳米管膜供给单元用于连续提供一初始碳纳米管膜；
一图案化处理单元，该图案化处理单元用于在所述初始碳纳米管膜上进行图案化处理，使该初始碳纳米管膜在第一方向上形成至少一行通孔形成至少一行通孔，且每行上至少有两个间隔设置的通孔；
一溶剂处理单元，该溶剂处理单元用于对经过图案化处理的初始碳纳米管膜进行溶剂处理，使该经过图案化处理的初始碳纳米管膜收缩形成一碳纳米管层；
一基底供给单元，该基底供给单元用于连续提供一基底；
一碾压单元，该碾压单元用于连续地将所述碳纳米管层及基底重叠设置并压合在一起，形成所述导电元件；
一收集单元，该收集单元用于收集所述导电元件。
2.如权利要求1所述的导电元件的制备装置，其特征在于，所述初始碳纳米管膜供给单元包括一碳纳米管阵列、一供给台，以及一拉伸工具；其中，该供给台用于放置该碳纳米管阵列；所述拉伸工具用于从该碳纳米管阵列上基本沿所述第一方向拉伸获得所述初始碳纳米管膜。
3.如权利要求2所述的导电元件的制备装置，其特征在于，所述图案化处理单元为激光器或电子束照射装置。
4.如权利要求3所述的导电元件的制备装置，其特征在于，所述该基底供给单元包括一卷轴及缠绕在该卷轴上的所述基底。
5.如权利要求4所述的导电元件的制备装置，其特征在于，所述碾压单元包括一对压辊，所述碳纳米管层及基底通过该一对压辊之间，使该碳纳米管层层叠压合在该基底上，形成所述导电元件。
6.如权利要求5所述的导电元件的制备装置，其特征在于，所述收集单元包括一收集轴，该收集轴用于将所述导电元件缠绕在该收集轴上，并带动所述基底及碳纳米管层运动。
7.如权利要求1所述的导电元件的制备装置，其特征在于，进一步包括一粘胶供给单元，该粘胶供给单元用于在所述基底进入所述碾压单元之前，在该基底上形成一粘胶层，该粘胶层将所述碳纳米管层固定在该基底上。
8.一种导电元件的制备方法，包括以下步骤：
提供一碳纳米管阵列、一基底、一对压辊以及一牵引单元；
从所述碳纳米管阵列中拉取一初始碳纳米管膜，该初始碳纳米管膜的一端与所述碳纳米管阵列相连，且该初始碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿一第一方向延伸；
将所述初始碳纳米管膜与所述基底层叠通过所述一对压辊之间，且位于所述碳纳米管阵列与该一对压辊之间的初始碳纳米管膜悬空设置；
图案化处理所述悬空设置的初始碳纳米管膜，使该悬空设置的初始碳纳米管膜在所述第一方向上形成至少一行通孔，且每行上至少有两个间隔设置的通孔；
采用一溶剂处理所述经过图案化处理的初始碳纳米管膜，使该经过图案化处理的初始碳纳米管膜收缩，形成一碳纳米管层；以及
启动所述一对压辊及牵引单元，使该一对压辊及牵引单元转动，该一对压辊将该基底及所述碳纳米管层压合在一起形成所述导电元件，该牵引单元带动所述基底及压合在该基底上的碳纳米管层运动，从而连续形成该导电元件。
9.如权利要求8所述的导电元件的制备方法，其特征在于，所述图案化处理所述悬空设置的初始碳纳米管膜的方法为：采用激光处理或电子束射所述悬空设置的初始碳纳米管膜，使该初始碳纳米管膜形成所述多个通孔。
10.如权利要求8所述的导电元件的制备方法，其特征在于，所述通孔的形状为至少具有一对平行边的四边形、椭圆形、三角形或圆形。
11.如权利要求8所述的导电元件的制备方法，其特征在于，所述通孔的形状为长方形或菱形。
12.如权利要求8所述的导电元件的制备方法，其特征在于，相邻的通孔之间的间距大于等于0.1毫米。
13.如权利要求8所述的导电元件的制备方法，其特征在于，图案化处理所述悬空设置的初始碳纳米管膜的步骤为：在该悬空设置的初始碳纳米管膜上形成多个通孔，该多个通孔在该悬空设置的初始碳纳米管膜中沿所述第一方向成多行排列。
14.如权利要求13所述的导电元件的制备方法，其特征在于，所述多个通孔沿一第二方向排列成多列，且位于同一排上的通孔沿第二方向间隔设置，该第二方向与所述第一方向相交设置。
15.如权利要求14所述的导电元件的制备方法，其特征在于，所述通孔在第一方向上的长度大于相邻的通孔在第二方向上的间距。
16.如权利要求14所述的导电元件的制备方法，其特征在于，在第二方向上相邻的通孔之间的间距大于所述通孔在第二方向上的长度。
17.如权利要求8所述的导电元件的制备方法，其特征在于，采用所述溶剂处理所述经过图案化处理的初始碳纳米管膜的方法为：将所述溶剂滴入或喷洒到该经过图案化处理的初始碳纳米管膜的表面。
18.如权利要求8所述的导电元件的制备方法，其特征在于，将所述初始碳纳米管膜与所述基底层叠通过所述一对压辊之间的步骤包括：在所述基底的表面形成一粘胶层；以及将所述形成有粘胶层的基底以及所述初始碳纳米管膜层叠通过所述一对压辊之间。
19.如权利要求18所述的导电元件的制备方法，其特征在于，启动所述一对压辊及牵引单元的步骤进一步包括：在所述基底的表面形成所述粘胶层；以及将所述形成有粘胶层的基底以及所述碳纳米管层层叠通过所述一对压辊之间，形成所述导电元件。
20.如权利要求19所述的导电元件的制备方法，其特征在于，所述粘胶层的材料为UV胶，在所述形成有粘胶层的基底以及所述碳纳米管层层叠通过所述一对压辊之间的步骤之后，进一步包括固化粘胶层的步骤。
21.如权利要求8所述的导电元件的制备方法，其特征在于，启动所述一对压辊及牵引单元的步骤为：启动该一对压辊及牵引单元，该一对压辊以相反的方向转动，且压合通过该一对压辊的基底以及碳纳米管层，形成所述导电元件；同时，在所述牵引单元的作用下，沿远离所述碳纳米管阵列的方向传送该导电元件，并带动该导电元件中的碳纳米管层运动，使得所述初始碳纳米管膜连续从所述碳纳米管阵列中拉出，并不断地依次经过所述图案化处理及所述溶剂处理，连续形成该碳纳米管层。
22.一种导电元件的制备方法，包括以下步骤：
提供多个碳纳米管阵列、一对压辊、一牵引单元以及一卷轴，该卷轴用于供给一基底，该多个碳纳米管阵列相互间隔地层叠设置；
分别从所述多个碳纳米管阵列中拉取多个初始碳纳米管膜，该多个初始碳纳米管膜的一端分别与所述多个碳纳米管阵列相连，该多个初始碳纳米管膜远离该多个碳纳米管阵列的一端层叠，且每个初始碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿一第一方向延伸；
将所述基底及所述多个层叠的初始碳纳米管膜层叠并通过所述一对压辊之间，并与该牵引单元相连；且该多个层叠的初始碳纳米管膜在所述多个碳纳米管阵列与该一对压辊之间悬空设置；
图案化处理所述悬空设置的多个层叠的初始碳纳米管膜，使该悬空设置的多个层叠的初始碳纳米管膜在所述第一方向上形成至少一行通孔，且每行上至少有两个间隔设置的通孔；
采用一溶剂处理所述经过图案化处理的多个层叠的初始碳纳米管膜，使该经过图案化处理的多个层叠的初始碳纳米管膜收缩，形成一碳纳米管层；以及
启动所述一对压辊及牵引单元，使该一对压辊及牵引单元转动，该一对压辊将该基底及所述碳纳米管层相压合形成所述导电元件，该牵引单元带动所述基底及压合在该基底上的碳纳米管层运动。
23.一种导电元件的制备方法，包括以下步骤：
提供一初始碳纳米管膜，该初始碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿一第一方向延伸；
提供一基底及一对压辊，将所述基底与该初始碳纳米管膜层叠通过所述一对压辊之间，且该初始碳纳米管膜在通过该一对压辊之前悬空设置；
图案化处理所述悬空设置的初始碳纳米管膜，在该悬空设置的初始碳纳米管膜上在所述第一方向上形成至少一行通孔，且每行上至少有两个间隔设置的通孔；
采用一溶剂处理上述图案化的初始碳纳米管膜，形成所述碳纳米管层；以及
启动所述一对压辊，将通过该一对压辊之间的碳纳米管层及基底压合在一起形成所述导电元件。
24.如权利要求23所述的导电元件的制备方法，其特征在于，提供所述初始碳纳米管膜的步骤包括：提供一碳纳米管阵列；以及采用一拉伸工具拉伸该碳纳米管阵列以形成所述初始碳纳米管膜。
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