本发明专利技术公开了一种将转移碳纳米管垂直阵列至柔性聚合物基底上的方法，首先采用化学气相沉积法制备碳纳米管垂直阵列，通过加热氧化处理，得到易脱离生长基底的碳纳米管垂直阵列，机械剥离阵列，将阵列底端或顶端分别与柔性聚合物基底接触，在一定的压力下，加热使聚合物基底软化渗入碳纳米管阵列内部，冷却固化后，阵列被转移至聚合物基底上，阵列与聚合物基底之间不需要任何胶黏剂等转移介质，且可以保留原阵列的顶部形貌。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纳米管的应用领域，具体是一种使碳纳米管垂直阵列与生长基底脱 离和转移至柔性聚合物基底上的方法。
技术介绍
自碳纳米管的发现以来，其独特的一维管状结构、高的长径比，以及优异的力学性 能、高导电导热等特性引起了许多科研人员的兴趣和广泛研究，其广阔的应用前景也不断 地展现出来。近年来，科学家们试图用纳米材料研制仿生壁虎脚，而垂直定向的碳纳米管阵 列与壁虎脚掌刚毛结构相似，是仿壁虎脚掌刚毛的首先材料。 目前，制备碳纳米管垂直（VA-CNTs)阵列主要采用化学气相沉积法，通过控制工 艺参数，可以分别制得高密度阵列、长度可控的阵列，以及单壁或多壁碳纳米管垂直阵列。 而硅被认为是最适合碳纳米管垂直定向生长的基底，但硬质硅基底呈脆性，在其上生长的 VA-CNTs阵列作为干粘附材料的表面适应性差，以及阵列与生长基底弱的结合力等问题都 制约着VA-CNTs阵列在仿壁虎脚掌刚毛领域的发展。所以，转移VA-CNTs阵列至柔性的基 底上是解决以上问题的关键技术之一。 工艺简单的胶黏法可以实现将碳纳米管垂直阵列转移至各种材质的目标基底上（ ZhuY, etal. Nanotechnology, 2008，19(32): 325304·)，胶黏剂作为阵列与目标基底 之间的中间介质，带来新的界面问题；对于大面积、高度较小的阵列转移，出现转移不完整， 转移效率低；此外，配制胶黏剂所需要的溶剂会导致碳纳米管收缩，从而破坏碳纳米管垂直 阵列的整体形貌。Tsai 等人（T. Y. Tsai, et al. Applied Physics Letters ,2009,95， 013107 )提出一种无需中间转移介质，通过加热软化PC基底，直接将VA-CNTs阵列转移 至聚碳酸酯（PC)基底上。Ye 等人（Ye Y, et al. Journal of Materials Chemistry, 2011，21 (3) : 837-842.)在每根碳纳米管和目标基底表面化学气相沉积一层均匀的PGM 聚合物涂层，对VA-CNTs阵列进行功能化转移，PGM涂层与VA-CNTs之间的交联反应，既 提高VA-CNTs的力学性能和湿稳定性，也提高VA-CNTs与目标基底的结合作用，功能化 转移方法工艺复杂，对设备要求高，相邻VA-CNTs可能聚集成束被聚合物包覆，孔隙度均 匀性难以控制，可能完全被聚合物填充形成CNTs-聚合物复合材料。为了保持甚至提高 VA-CNTs 阵列的导电性，低烙点共烙合金（AuSn、SnAg、SnPb) ( Kumar A, et al. Applied physics letters, 2006, 89(16): 163120. Zhu L, et al. Nano letters, 2006, 6(2): 243-247.)和更低熔点的 In(FuY, etal. AdvancedMaterials, 2010, 22(44): 5039-5042.)被选为焊料，通过焊接法转移VA-CNTs阵列至金属基底上，预先在金属基底上 沉积Ti / Ni / Au等贵金属提高焊料对金属基底的润湿性，以致增加 VA-CNTs阵列与金属 基底之间的剪切强度，工艺成本相对较高，还存在焊料回流等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种转移碳纳米管垂直阵列至柔性聚合物基 底的方法，既可以保留原阵列的顶部结构，又避免引入胶黏剂等中间介质，此转移方法是碳 纳米管垂直阵列与柔性聚合物的直接作用，避免了其他介质引入带来新的界面问题。 本专利技术所述的一种转移碳纳米管垂直阵列至柔性聚合物基底上的方法，其包括以 下步骤： (1) 制备碳纳米管垂直阵列； (2) 剥离步骤1)制得的碳纳米管垂直阵列，得到脱离生长基底自支撑的碳纳米管垂直 阵列； (3) 将脱离生长基底自支撑的阵列的顶部或底部与柔性聚合物基底接触；分别实现顶 部转移和底部转移； (4) 在阵列与聚合物基底之间保持0. 2-2N/cm2的压力，促使碳纳米管垂直阵列嵌入高 弹态的聚合物基底内；加热至玻璃化转变温度以上并保温后，使其软化处于高弹态，冷却至 室温固化；完成阵列转移。 其中底部转移后的阵列顶部保留了原阵列顶部弯曲缠绕的结构，顶部转移后的阵 列顶部保留了原阵列底部定向排列的结构。 上述步骤1)所述碳纳米管垂直阵列一般采用化学气相沉积法制备。 在步骤2)过程中，对所制备的碳纳米管垂直阵列进行加热氧化处理，使阵列与生 长基底的结合减弱，再用刀片辅助机械剥离，得到脱离生长基底自支撑的阵列。 此外，本专利技术在上述步骤3)还可以有以下几种变化： 将脱离生长基底自支撑的阵列分为两排，每排的底端分别置于同一柔性聚合物基底的 上下两面；即双面转移。 将两排柔性聚合物基底分别置于脱离生长基底自支撑的阵列顶部和底部，形成一 种一层夹层结构。 将脱离生长基底自支撑的阵列与柔性聚合物基底按顺序依次叠加，形成多层夹层 结构。 本专利技术提出一种使碳纳米管垂直阵列与生长基底脱离并转移至柔性聚合物基底 上的方法，工艺简单、成本低、短时有效，并具有以下有益效果： 1、本方法可以保留原生长VA-CNTs阵列的顶部结构，实现大面积阵列的转移；可以制 备一种双面VA-CNTs阵列粘合剂，即双面转移；还可以将脱离生长基底自支撑的阵列与聚 合物基底按顺序依次叠加，形成夹层结构。 2、在转移过程中，作为目标基底的柔性聚合物从加热到高弹态再到冷却至室温， 仍然能够保持良好的柔韧性，受热形变均匀平整，且对碳纳米管阵列的浸润性好，在加热和 冷却反复循环作用下，都能保持室温下原有的性质。 3、该转移方法是碳纳米管阵列与柔性聚合物基底直接作用，避免了各种中间介质 的引入带来的界面效应以及导致阵列收缩与形貌破坏的现象。 4、该转移方法不受碳纳米管垂直阵列面积大小、密度大小的限制。 5、该转移方法工艺简单，电阻丝加热、激光加热等方式都可适用于权利要求5所 述的加热使聚合物基底软化至高弹态。 【附图说明】 图1是本专利技术底端转移和顶端转移的流程示意图； 图2是本专利技术双面转移的结构示意图； 图3是本专利技术一层夹层结构的结构示意图； 图4是本专利技术多层夹层结构的结构示意图； 图5是本专利技术工艺过程中加热氧化处理示意图。 【具体实施方式】 以下结合附图1-5对本专利技术作详细说明。 实施例1 采用化学气相沉积法在Si/Si02基底上制备碳纳米管垂直阵列，将阵列置于石英管式 炉中加热至400-500°C，并通入空气氧化，减弱阵列与生长基底的结合作用，用刀片辅助剥 离或轻微的气流吹动，得到脱离生长基底自支撑的碳纳米管垂直阵列。 如图1，将聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)基底置于自支撑的阵列顶端，在0. 4N/cm2 的接触压力下，电阻炉中加热到270-280°C，保温lOmin，停止加热，冷却至室温固化，碳纳 米管阵列转移至PET基底上。 图1中① Si/Si02基底；②脱离Si/Si02基底自支撑的CNTA ;③聚合物基底；④ 载玻片。图2是本专利技术工艺过程中加热氧化处理示意图。 实施例2 采用化学气相沉积法在Si/Si本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种转移碳纳米管垂直阵列至柔性聚合物基底上的方法，其特征在于包括以下步骤： （1）制备碳纳米管垂直阵列； （2）剥离步骤1）制得的碳纳米管垂直阵列，得到脱离生长基底自支撑的碳纳米管垂直阵列； （3）将脱离生长基底自支撑的阵列的顶部或底部与柔性聚合物基底接触； （4）在阵列与聚合物基底之间保持0.2‑2N/cm2的压力，加热至玻璃化转变温度以上并保温5‑10min后，随炉冷却至室温固化；完成阵列转移。
【技术特征摘要】
1. 一种转移碳纳米管垂直阵列至柔性聚合物基底上的方法，其特征在于包括以下步 骤： (1) 制备碳纳米管垂直阵列； (2) 剥离步骤1)制得的碳纳米管垂直阵列，得到脱离生长基底自支撑的碳纳米管垂直 阵列； (3) 将脱离生长基底自支撑的阵列的顶部或底部与柔性聚合物基底接触； (4) 在阵列与聚合物基底之间保持0. 2-2N/cm2的压力，加热至玻璃化转变温度以上并 保温5-10min后，随炉冷却至室温固化；完成阵列转移。2. 根据权利要求1所述的转移碳纳米管垂直阵列至柔性聚合物基底上的方法，其特征 在于：步骤1)所述碳纳米管垂直阵列采用化学气相沉积法制备。3. 根据权利要求2所述的转移碳纳米管垂直阵列至柔性聚合物基底上的方法，其特征 在于：步骤2)过程中，对所制备的碳纳米管垂直阵列进行加热氧化处理，加热氧化温度为 400-50(TC，使阵列与生长基底的结合减弱，再用刀片辅助机械剥离，得到脱离生长基底自 支撑的阵列。4. 一种转移碳纳米管垂直阵列至柔性聚合物基底上的方法，其特征在于包括以下步 骤： (1) 制备碳纳米管垂直阵列； (2) 剥离步骤1)制得的碳纳米管垂直阵列，得到脱离生长基底自支撑的碳纳米管垂直 阵列； (3) 将脱离生长基底自支撑的阵列分为两排，每排的底端分别置于同一柔性聚合物基 底的上下两面； (4) 在阵列与聚合物基底之间保持0. 2-2N/cm2的压力，加热至玻璃化转变温度以上并 保温5-10min后，随炉冷却至室温固化；完成阵列转移。5. 根据权利要求4所述的转移碳纳米管垂直阵列至柔性聚合物基底上的方法，其特征 在于：步骤1)所述碳纳米管垂直阵列采用化学气相沉积法制备。6. 根据权利要求5所述的转移碳纳米管垂直阵列至柔性聚合物基底上的方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张昊，姚亚刚，罗敏，李阳，张永毅，李清文，戴振东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。