碳纳米管膜的制备方法技术

本发明专利技术提供一种碳纳米管膜的制备方法，其包括以下步骤：在一弯曲成曲面形状的面状柔性基底的表面形成一碳纳米管阵列；至少局部展开所述被弯曲成曲面形状的面状柔性基底，从而至少局部展开所述碳纳米管阵列；采用一拉伸工具与该展开部分的碳纳米管阵列接触，从而在该碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片段；以及通过该拉伸工具拉取该选定的碳纳米管片段，形成一碳纳米管膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是一种由石墨烯片卷成的中空管状物，其具有优 异的力学、热学及电学性质，因此具有广阔的应用领域。由于单根碳纳米管的尺寸为纳米级， 难于进行加工，为便于实际应用，人们尝试将多个碳纳米管作为原材料，制成具有较大尺寸的 宏观结构。该宏观结构由多个碳纳米管组成，可以是膜状、线状或其它形状。现有技术中一般 将由多个碳纳米管组成的宏观膜状结构称为碳纳米管膜(Carbon Nanotube Film)。冯辰等人于2008年8月13日公开的第CN101239712A号中国专利技术专利申请公布 说明书中揭露了一种从碳纳米管阵列中直接拉取获得的碳纳米管膜，这种碳纳米管膜具有 宏观尺度且能够自支撑，其包括多个在范德华力作用下首尾相连的碳纳米管。由于该碳纳 米管膜中碳纳米管基本沿同一方向排列，因此该碳纳米管膜能够较好的发挥碳纳米管轴向 具有的导电及导热等各种优异性质，具有极为广泛的应用前景。然而，该碳纳米管膜从一碳纳米管阵列中拉出，膜的面积受到该碳纳米管阵列尺 寸的限制。传统的形成碳纳米管阵列的方法主要是化学气相沉积法(CVD)。化学气相沉积 法运用沉积在生长基底上的纳米尺度的过渡金属或其氧化物作为催化剂，在一定温度下热 解碳源气体来制备碳纳米管阵列。目前化学气相沉积法一般选用平面形状的硬质生长基 底，如硅基底。而该平面形状的硬质生长基底由于受反应室尺寸的限制，其面积无法做到很 大，从而使得生长于其上的碳纳米管阵列面积也无法做到很大。因此，使从该生长基底上生 长的碳纳米管阵列中拉取的碳纳米管膜宽度和面积受到限制。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种能够获得尺寸较大的。本专利技术提供一种，一种，其包括以 下步骤在一弯曲成曲面形状的面状柔性基底的表面形成一碳纳米管阵列；至少局部展开 所述被弯曲成曲面形状的面状柔性基底，从而至少局部展开所述碳纳米管阵列；采用一拉 伸工具与该展开部分的碳纳米管阵列接触，从而在该碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片 段；以及通过该拉伸工具拉取该选定的碳纳米管片段，形成一碳纳米管膜。相较于现有技术，本专利技术具有以下优点与传统的硬质生 长基底相比，该柔性基底可被弯曲成各种形状之后再设置在相同的反应炉中生长碳纳米管 阵列，从而可充分利用反应炉内的空间，生长出较大尺寸的碳纳米管阵列，进而使从该碳纳 米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜具有较大的面积。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的流程图。图2为本专利技术第一实施例提供的过程示意图。图3为本专利技术第一实施例碳纳米管片段的结构示意图。图4为本专利技术第一实施例碳纳米管膜的扫描电镜照片。主要元件符号说明碳纳米管膜100碳纳米管阵列102柔性基底104第一卷轴106第二卷轴108层状基底110第一表面112第二表面114磙子116卡槽122碳纳米管片段143碳纳米管14具体实施例方式以下将结合附图详细说明本专利技术实施例。请参阅图1及图2，本专利技术第一实施例提供一种，其包括以下步骤步骤一在一弯曲成曲面形状的面状柔性基底104的表面形成一碳纳米管阵列 102 ；步骤二 至少局部展开所述被弯曲成曲面形状的面状柔性基底104，从而至少局 部展开所述碳纳米管阵列102 ；步骤三采用一拉伸工具与该展开部分的碳纳米管阵列102接触，从而在该碳纳 米管阵列102中选定一碳纳米管片段；以及步骤四通过该拉伸工具拉取该选定的碳纳米管片段，形成一碳纳米管膜100。以下将对上述各步骤进行详细说明。在步骤一中，所述碳纳米管阵列102通过化学气相沉积法形成于所述弯曲成曲面 形状的面状柔性基底104表面，所述碳纳米管阵列102优选为超顺排碳纳米管阵列102。本 实施例中，该超顺排碳纳米管阵列102的制备方法具体包括(a)提供一弯曲成曲面形状的面状柔性基底104，该柔性基底104具有至少一表 面，且所述柔性基底104的至少一表面上形成有一催化剂层；(b)采用化学气相沉积法在所述面状柔性基底104的至少一表面上生长超顺排碳 纳米管阵列102。在步骤(a)中，所述柔性基底104的材料为耐高温、可发生弯曲变形且可以支撑所 述碳纳米管阵列102的材料。所述柔性基底104的材料的熔点大于碳纳米管阵列102的生长温度，优选为大于500°C。该柔性基底104为具有较小厚度的面状或片状基底，其材料可为金属片、石英片、硅 片或陶瓷片等，所述金属片可为钼片、钛片、锆片、铌片、钽片、铪片、钨片、钒片或上述几种 材料的任意组合的合金片，或不锈钢片等。该柔性基底104的厚度以可使该柔性基底104 发生弯曲变形且不发生断裂为基准，且该柔性基底104厚度越小，越可产生较大的弯曲变 形。如若所述柔性基底104为金属片，则该柔性基底104的厚度可为小于等于3毫米且大 于等于0. 01毫米，若所述柔性基底104为硅片、石英片和陶瓷片，则该柔性基底104的厚度 可小于等于0. 3毫米，优选为小于等于0. 1毫米并大于等于1微米。本实施例中，该柔性基 底104的材料为50微米的石英片。另外，该柔性基底104所具有的至少一表面优选为一平 滑的表面。该面状或片状的柔性基底104可被弯曲成各种曲面形状，且该曲面形状的柔性基 底104还可被展开成一平面形状而不会断裂。该曲面形状可为筒形形状、螺旋形状或其它 规则或不规则的形状。具体为，该曲面形状可视为具有一定长度的动直线段沿一曲线轨迹 平行移动形成的面。该动直线段被称为柱面的直母线，定曲线被称为柱面的准线。当准线 是圆时所得柱面称为圆柱面，当准线是螺旋线时所得柱面为螺旋柱面。本实施例中，该柔性 基底104被弯曲成螺旋柱面，即可视为具一定宽度的直线段平行地沿一平面螺旋线轨迹移 动形成的面，该直线段垂直于平面螺旋线所在的平面。该螺旋状柔性基底104具有一由该 螺旋状柔性基底104定义的间隙，该间隙为螺旋状间隙。该间隙的宽度以大于后续生长的 碳纳米管阵列102的高度为基准。所述催化剂层的材料可选择为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或者该几种金属的氧化物，该催化剂层可采用热沉积、电子束沉积、蒸镀或磁控溅射等方法形成于上述柔性基底 104的至少一表面。该催化剂层的厚度可根据实际需要选择，优选为1纳米至50纳米。该 催化剂层也可以同时形成在所述柔性基底104的相对的两个表面，从而使在该两个相对的 表面均形成所述碳纳米管阵列102。本实施例中，所述催化剂层形成在该柔性基底104的一 个表面，该催化剂层的材料为铁，厚度为5纳米。在步骤(b)中，将上述表面形成有催化剂层并且被弯曲成曲面形状的面状柔性基 底104在300°C 900°C (如700°C )的空气中退火约30分钟 90分钟；以及将该柔性基 底104置于一反应炉中，在保护气体环境下加热到500°C 900°C (如740V )，然后通入碳 源气体反应约5分钟 30分钟，生长得到超顺排的碳纳米管阵列102。所述反应炉可为管式反应炉，当该柔性基底104被弯曲成螺旋状或圆筒状时，该 螺旋状或圆筒状柔性基底104的轴向可平行于管式反应炉的轴向设置于该管式反应炉内。 进一步地，可通过一支架固定该柔性基底104的两端，该支架即可固定该柔性基底104被弯 曲成的曲面形状，又可使该柔性基底104被悬于该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管膜的制备方法，其包括以下步骤：在一弯曲成曲面形状的面状柔性基底的表面形成一碳纳米管阵列；至少局部展开所述弯曲成曲面形状的面状柔性基底，从而至少局部展开所述碳纳米管阵列；采用一拉伸工具与该展开部分的碳纳米管阵列接触，从而在该碳纳米管阵列中选定一碳纳米管片段；以及通过该拉伸工具拉取该选定的碳纳米管片段，形成一碳纳米管膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亮，
申请(专利权)人：北京富纳特创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]