碳纳米管膜先驱、碳纳米管膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管膜的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管阵列形成于一基底；处理所述碳纳米管阵列，在碳纳米管阵列表面形成至少两个相互平行且间隔设置的凹槽，凹槽处碳纳米管阵列中碳纳米管的高度基本上小于等于１００微米；采用一拉伸工具选定位于多个凹槽之间的碳纳米管阵列中的多个碳纳米管；采用该拉伸工具沿基本平行与凹槽长度的方向拉抽所述选定的多个碳纳米管，该多个碳纳米管沿远离碳纳米管阵列的方向首尾相连地被拉出形成多个碳纳米膜。本发明专利技术还包括一种由上述制备方法制备的碳纳米管膜，以及在制备过程中得到的碳纳米管膜先驱。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳纳米管结构及其制备方法，特别是一种碳纳米管膜先驱、碳纳 米管膜及其制备方法。
技术介绍
碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是一种新型碳材料，1991年由日本研究人员 Iijima在实验室制备获得(请参见，Helical Microtubules of GraphiticCarbon，Nature, V354, P56 58(1991))。碳纳米管的特殊结构决定了其具有特殊的性质，如高抗张强度和 高热稳定性；随着碳纳米管螺旋方式的变化，碳纳米管可呈现出金属性或半导体性等。由于 碳纳米管具有理想的一维结构以及在力学、电学、热学等领域优良的性质，其在材料科学、 化学、物理学等交叉学科领域已展现出广阔的应用前景，包括场发射平板显示，电子器件， 原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)针尖，热传感器，光学传感器，过滤器等。现有技术多通过直接生长法或喷涂法获得碳纳米管膜结构，然而该种碳纳米管膜 结构中的碳纳米管往往容易聚集成团，导致碳纳米管膜厚度不均。碳纳米管在碳纳米管结 构中为无序排列，不利于充分发挥碳纳米管的性能。为克服上述问题，Baughman,Ray, H.等人 2005 于文献"Strong，Transparent, Multifunctional,Carbon Nanotube Sheets"Mei Zhang,Shaoli Fang,Anvar A. Zakhidoν, Ray H. Baughman, etc. Science, Vol. 309，P1215-1219 (2005)中揭示了一种碳纳米管膜的制 备方法。所述碳纳米管膜可从一碳纳米管阵列中拉取制备。该碳纳米管阵列为一生长在一 基底上的碳纳米管阵列。所述碳纳米管膜的长度不限。然而，上述制备方法在制备过程中 由于现有的用于生长碳纳米管阵列的基底一般为4英寸的圆形基底，使得上述制备方法难 以制得宽度一致的碳纳米管膜，而碳纳米管膜的宽度不一致会影响该碳纳米管膜的应用范 围。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种具有一致宽度的碳纳米管膜及其制备方法，以及由 该方法过程中所制得的碳纳米管膜先驱。一种碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个择优取向排列的碳纳米管，并且所述多 个碳纳米管通过范德华力首尾相连，其中，所述碳纳米管膜具有一致的宽度。—种碳纳米管膜先驱，其包括一基底、一形成于基底表面的碳纳米管阵列及至少 一个一碳纳米管膜，其中，该碳纳米管阵列表面具有至少两个相互平行且间隔的凹槽，凹槽 处碳纳米管阵列中碳纳米管的高度基本上小于等于100微米；以及至少一个碳纳米管膜， 该碳纳米管膜与碳纳米管阵列位于相邻的两个凹槽之间的部分相连，且具有一致的宽度。一种碳纳米管膜的制备方法，其包括以下步骤提供一碳纳米管阵列形成于一基 底；处理所述碳纳米管阵列，在碳纳米管阵列表面形成至少两个相互平行且间隔设置的凹 槽，凹槽处碳纳米管阵列中碳纳米管的高度基本上小于等于100微米；采用一拉伸工具选定位于多个凹槽之间的碳纳米管阵列中的多个碳纳米管；采用该拉伸工具沿基本平行与凹 槽长度的方向拉抽所述选定的多个碳纳米管，该多个碳纳米管沿远离碳纳米管阵列的方向 首尾相连地被拉出形成多个碳纳米膜。与现有技术相比，本专利技术提供的碳纳米管膜的制备方法，通过处理碳纳米管阵列， 使碳纳米管阵列形成至少两个相互平行且间隔的凹槽。凹槽处碳纳米管阵列中碳纳米管的 高度基本上小于等于100微米，从而使该部分碳纳米管就无法参与后续的拉膜过程，进而 制得一具有一致宽度的碳纳米管膜。附图说明图1是本专利技术实施例提供的碳纳米管膜的制备方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的生长有碳纳米管阵列的基底。图3为本专利技术实施例提供的生长超顺排碳纳米管阵列的方法的流程图。图4为本专利技术实施例提供的采用激光处理碳纳米管阵列的方法的流程图。图5是本专利技术实施例提供的具有凹槽的碳纳米管阵列的俯视图。图6是本专利技术实施例提供的具有凹槽的碳纳米管阵列的主视图。图7是本专利技术实施例提供的从碳纳米管阵列中拉取获得碳纳米管膜的方法的流 程图。图8是本专利技术具体实施例提供的碳纳米管膜的结构示意图。 具体实施例方式为了对本专利技术作进一步的说明，举以下具体实施例并配合附图详细描述如下。请参阅图1，本专利技术具体实施例提供一种碳纳米管膜的制备方法。该制备方法包括 下列步骤步骤S101，提供一碳纳米管阵列形成于一基底；步骤S102，处理所述碳纳米管阵列，使该碳纳米管阵列表面具有至少两个相互平 行且间隔的凹槽，凹槽处碳纳米管阵列中碳纳米管的高度基本上小于等于100微米；以及步骤S103，采用一拉伸工具选定位于多个凹槽之间的碳纳米管阵列中的多个碳纳 米管；步骤S104，采用该拉伸工具沿基本平行与凹槽长度的方向拉抽所述选定的多个碳 纳米管，该多个碳纳米管沿远离碳纳米管阵列的方向首尾相连地被拉出形成多个碳纳米管膜。在步骤SlOl中，请参阅图2，所述碳纳米管阵列10包括多个大致沿其同一个生长 方向排列的碳纳米管30。在这里还需要进一步说明的是，所述“大致”的意思是由于碳纳米 管30在生长过程中受各种因素的制约，如碳源气气流的流动速度不一致，碳源气的浓度的 不均勻以及催化剂的不平整，不可能也不必使碳纳米管阵列10中的每根碳纳米管30完全 沿其生长方向排列，即每根碳纳米管30完全平行。本实施例中所述碳纳米管阵列10为超 顺排碳纳米管阵列。所述超顺排碳纳米管阵列可为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列 或多壁碳纳米管阵列。所述超顺排碳纳米管阵列为由多个彼此大致平行且垂直于基底生长 的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。本实施例中，超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，如图3所示，为生长所述超顺排碳纳米管阵列的方法的流程图。所述生长超 顺排碳纳米管阵列的方法包括以下步骤步骤S201，提供一平整基底20。所述基底20可选用P型或N型硅基底，或选用形 成有氧化层的硅基底。所述基底20的形状可以为圆形也可以为方形，还可以为无规则的任 意形状。本实施例优选地采用直径为4英寸的圆形硅基底。步骤S202，在基底20表面均勻形成一催化剂层。该催化剂层的制备可通过热沉积 法、电子束沉积法或溅射法实现。所述催化剂层的材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或 其任意组合的合金之一，本实施例中采用铁为催化剂。步骤S203，将上述形成有催化剂层的基底20在700 900°C的空气中退火约30 分钟 90分钟。步骤S204，将处理过的基底20置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500 740°C。然后通入碳源气体反应约5 30分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列，其高度为 200 400微米。所述碳源气可选用乙炔、乙烯、甲烷等碳氢化合物。本实施例中所述碳源 气为乙炔，所述保护气体为氩气，所得碳纳米管生长高度为200微米。通过上述控制生长条件，该超顺排碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳 或残留的催化剂金属颗粒等。该碳纳米管阵列中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形 成阵列。在步骤S102中，所述处理碳纳米管阵列10的方法可以采用激光处理，还可以采用 其它方法，例如采用一定的工具刮擦所述碳纳米管阵列10。本实施例中所述处理碳纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个择优取向排列的碳纳米管，并且所述多个碳纳米管通过范德华力首尾相连，其特征在于，所述碳纳米管膜具有一致的宽度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯辰，姜开利，陈卓，翟永超，范守善，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]