一种基于氧化处理从基板表面分离碳纳米管阵列的方法，该方法采用如二氧化碳，水蒸汽等作为弱氧化剂，在碳纳米管阵列生长过程中或生长结束后对碳纳米管阵列进行氧化处理，进而通过气流吹扫或机械剥离的方法使碳纳米管阵列从基板表面分离。与常规化学气相沉积制备方法相比，采用弱氧化气氛处理的碳纳米管阵列与基板结合作用变弱，化解了碳纳米管阵列与基板分离的难题，既可以保护阵列在分离时免受破坏，又可以通过弱氧化去除阵列中的无定型碳等杂质，提高了阵列质量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种碳纳米管阵列制备的后处理工艺，尤其涉及一种基于氧化处理分离碳纳 米管阵列与基板的方法。
技术介绍
自从1996年碳纳米管阵列首次制备以来，碳纳米管阵列一直是纳米领域的重点关注对象 (Li W Z， et al. Science, 1996， 274(5293): 1701)。在碳纳米管阵列中，由于碳纳米管 近似平行排列，具有近似的长度、取向、高纯度等优异特性，因而应用广泛。这种原生的碳 纳米管阵列可以直接做成场发射材料，透明导电膜，膜材料，并能够进一步纺丝形成宏观超 强纤维(姜开利等，专利公开号CN1483667;魏飞等，专利公开号CN1948144A， W02008055421A1)。即使我们将阵列利用外场进行破坏，阵列状碳纳米管的长度优势仍然能够 得以保持，从而使其相对聚团的多壁乃至单壁碳纳米管在力学、电学、导热复合材料等方面 仍然具有十分显著的优势(Moisala A， et al. Composites Science and Technology, 2006， 66(10): 1285;魏飞等，专利公开号C,84058A， W02008000163A1 )。从目前碳纳米管阵列制备方法来看，大部分采用化学气相沉积的方法。分别可以在多孔 氧化硅模板(Li W Z, et al. Science, 1996, 274(5293): 1701)、玻璃基片(Ren Z F， et al. Science, 1998， 282 (5391): 1105)、硅片(姜开利等，专利公开号US2006269669A1， CN画76477C; Fan S S， et al. Science, 1999， 283(5401): 512)、石英基板(Andrews R， et al. Chemical Physics Letters, 1999， 303(5-6): 467; Murakami Y， et al. Chemical Physics Letters, 2004， 385: 298)、陶瓷小球(魏飞等，专利公开号CN1724343A、CN1312033C; Xiang R， et al. Chemical Vapor D印ostion, 2007， 13(10) : 533; Zhang Q, et al. Carbon, 2008, 46(8): 1152)等表面实现碳纳米管阵列的制备，制备结束后碳纳米管阵列生长在基板 表面。碳纳米管和基板之间存在较强的相互作用，导致阵列和基板分离困难，而这种分离上 的困难给阵列的连续制备带来了瓶颈。目前对碳纳米管分离的研究多集中在后处理中的分离提纯，目的集中在去除碳纳米管生 长时伴生的其他碳杂质，例如无定形碳，破损的石墨层结构等杂质。目前已经发展的分离分 散碳纳米管的方法包括超声波技术(Niyogi S, et al. Journal of Physical Chemistry B, 2003， 107(34) : 8799)、离心技术(Bandow S， et al. Applied Physics A-Materials Science & Processing, 1998, 67: 23)、电泳技术(Doorn S K， et al. Journal of the American Chemical Society, 2002, 124: 3169)、酸溶液加热氧化法(Dujardin E， et al. Advanced Materials, 1998， 10(8): 611)。这些分离方法多集中在碳纳米管的后期纯化和选择性分离 方面，例如分离出一定长度的碳纳米管等。在如上所述的各种分离操作中，碳纳米管之间的取向已经被破坏，并且碳纳米管的长度 相比原生的碳纳米管也有大幅降低，从而使其优异的性能难以维系。所以发展简单快速少缺 陷的方法是一个重要的工程问题。目前，Zhu等发现，可以通过简单的机械手段实现碳纳米 管阵列的转移，如基于按压(Zhu L B, et al. Nano Letters, 2006, 6(2): 243)的碳纳米管 阵列转移技术中，CVD过程中在硅片表面制备的碳纳米管阵列通过简单的按压转移到金属表 面，从而解决了CVD生长过程基板和碳纳米管阵列应用所需基底不匹配的问题，但是这种方 法效率较低。Murakami Y等发现通过将生长有碳纳米管阵列的基板浸入到水中，通过表面张 力克服阵列及基板之间的结合力，实现二者的分离，但分离是发生在两相界面，阵列也会受 到污染(Murakami Y, et al. Chemical Physics Letters, 2006， 422: 575)。 Liu等通过 机械拉伸的办法(Liu K， et al. Advance Materials, 2007， 19(7): 975)， Hata等通过刀 片切割的方法(Hata K， Science, 2004， 306(5700): 1362)，将碳纳米管阵列与基板实现分 离。但是如上述所述基于物理分离的方法效率相对较低。与此同时，结合化学方法，削弱基板与碳纳米管阵列之间的结合力逐渐引起人们的兴趣， 而引入氧化性气体自然是一重要方法。已有研究发现，在碳纳米管制备的过程中通入水蒸气， 二氧化碳，可以显著提高产品质量。例如在水蒸气辅助的单壁碳纳米管阵列的制备中(HataK， et al. Science, 2004, 306(5700): 1362)，在反应气氛中保持175 ppm的水蒸气浓度，微 量的水蒸气被认为对催化剂催化活性的提高和保持有重要作用。在单壁碳纳米管的制备中(Li Z R， et al. Chemical Communications, 2008, 28: 3260)，添加按0)2与CH4的比例1:20 添加C02，能显著提高单壁碳纳米管的收率，其中C02被认为有两个重要作用首先，作为氧 化剂与无定形碳反应并保持催化剂颗粒活性；其次，C02能与体系中其他物质反应生成如 CH3OH、 CO等有利于单壁碳纳米管生长的物质。此外，还有报道认为弱氧化气氛的辅助有利于 使碳纳米管管端形成开口结构，有利于之后的碳纳米管填充等应用(Zhu L B, et al. Nano Letters, 2005， 5(12): 2641)。但此类的辅助生长方面的研究可以看出，大部分仅关注了单 根管的相互作用，对于其阵列宏观体与基板的分离尚少。由此可见，若能开发一种简单的工 艺削弱阵列和基板之间的相互作用，同时降低碳纳米管阵列中杂质，将能够有效提高碳纳米 管阵列制备及后续应用的效率，进而为碳纳米管阵列批量生产中的分离问题提供解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种连续、简单易行的大批量处理碳纳米管阵列的工艺，通过削 弱碳纳米管阵列与基板的结合作用，进而从基板表面分离碳纳米管阵列。本专利技术的技术方案如下1)采用化学气相沉积方法制备碳纳米管阵列，在碳纳米管阵列生长过程中或生长结束 后向反应器内通入二氧化碳、水蒸气、氧气、空气或它们的混合物，作为弱氧化剂，用于削 弱碳纳米管阵列与基板的结合；其中通入氧气或空气，或氧气与空气的混合气体时，反应本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于氧化处理从基板表面分离碳纳米管阵列的方法，其特征在于该方法包括下列步骤： １）采用化学气相沉积方法制备碳纳米管阵列，在碳纳米管阵列生长过程中或生长结束后向反应器内通入二氧化碳、水蒸气、氧气、空气或它们的混合物，作为弱氧化剂，用于削弱碳纳米管阵列与基板的结合；其中通入氧气或空气，或氧气与空气的混合气体时，反应区温度为４００～８００℃；通入二氧化碳或水蒸气，或二氧化碳与水蒸气的混合物时，反应区温度为６００～１０００℃； ２）通过物理方法使碳纳米管阵列从基板表面分离。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏飞，张强，黄佳琦，朱万诚，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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