长有碳纳米管玻璃基板及其制造方法技术

本文提供了在玻璃基板（特别是玻璃纤维基板）上用于成长碳纳米管的方法。该方法可包含：于玻璃基板上沉积触媒材料或触媒前驱物；在该触媒材料或该触媒前驱物之前、之后或与其同时，于该玻璃基板上沉积非触媒材料；以及将该玻璃基板暴露于碳纳米管成长条件，以于玻璃基板上成长碳纳米管。可于碳纳米管正在所述玻璃基板（特别是玻璃纤维基板）上成长时运送所述玻璃基板。在暴露于碳纳米管成长条件时，触媒前驱物可转化为触媒。触媒材料或触媒前驱物以及非触媒材料可从含有水作为溶剂的溶液沉积。例示的沉积技术包含，例如喷涂与浸涂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及碳纳米管，且更具体地，涉及碳纳米管成长。
技术介绍
碳纳米管因为其大有效表面积、机械强度以及导热性与导电性而在数种应用中而已经被提出有实用性。这些应用中有许多都特别适合于成长在玻璃基板(例如玻璃纤维复合材料)上的碳纳米管。为了合成碳纳米管，一般需要触媒来调和碳纳米管成长。最通常的情况，触媒为金属纳米粒子，特别是零价过渡金属纳米粒子。该领域中现有数种用于合成碳纳米管的方法，包括:例如微腔式、热或电浆增强的化学气相沉积(CVD)技术、雷射烧灼、电弧放电、火焰合成以及高压ー氧化碳(HiPCO)技木。一般而言，这类用于合成碳纳米管的方法包含了在适合碳纳米管成长的条件下产生反应性气相碳物种。碳纳米管在固体基板(包括玻璃基板)上的合成可使用许多这些技术来实施。然而，在玻璃基板上的碳纳米管成长速率迄今为止并不足促进在连续方法中高产量的合成。由于此困难所致，会产生无用的短碳纳米管或是会需要非常慢的生产线速度。鉴于前述，在该领域中用于在玻璃基板上以高成长速率来成长碳纳米管是有实质利益的。本专利技术满足了此需求，同时也提供了相关优点。
技术实现思路
根据本专利技术的具体实施例，本文提供了碳纳米管成长方法。根据本专利技术的具体实施例，所述碳纳米管成长方法包括:于玻璃基板上沉积触媒材料；于该玻璃基板上沉积非触媒材料；以及在沉积该触媒材料与该非触媒材料之后，将该玻璃基板暴露于碳纳米管成长条件，以于玻璃基板上成长碳纳米管。根据本专利技术的具体实施例，所述碳纳米管成长方法包括:于玻璃纤维基板上沉积触媒前驱物；于该玻璃纤维基板上沉积非触媒材料；将该触媒前驱物转化为触媒，该触媒可运作于暴露至碳纳米管成长条件时用于形成碳纳米管；以及在该玻璃纤维基板正在被运送时，将该玻璃纤维基板暴露至碳纳米管成长条件，以于玻璃纤维基板上成长碳纳米管。根据本专利技术的具体实施例，所述碳纳米管成长方法包括:使包含水、过氧化氢、铁(II)盐或其水合物、钴(II)盐或其水合物的溶液于该溶液中形成触媒前驱物；于玻璃纤维基板上沉积该触媒前驱物；于该玻璃纤维基板上沉积非触媒材料；将该触媒前驱物转化为触媒，该触媒可运作以于暴露至碳纳米管成长条件时用于形成碳纳米管；以及将该玻璃纤维基板暴露于碳纳米管成长条件，以于该玻璃纤维基板上成长碳纳米管。根据本专利技术的具体实施例，可制造ー种玻璃纤维基板，其具有根据本专利技术所述的碳纳米管成长方法加以制备而成长于其上的碳纳米管。前文已经相当广泛地概述了本专利技术的技术特征，为了可以更好地理解，下文将详细描述。本专利技术的附加特征和优点将在下文中给予描述，这构成了所述权利要求的主題。附图说明为了更完整理解本专利技术及其优点，现将结合附图对本专利技术具体实施例进行详细描述作为參考，其中:图1A与图1B示出碱性醋酸铁(III)与混合的铁(III)/钴(II)化合物的假定结构；图2示出在玻璃纤维基板上的碳纳米管触媒前驱物在8000倍放大倍率的示例性SEM影像；图3示出在玻璃纤维基板上的碳纳米管触媒前驱物在70000倍放大倍率的示例性SEM影像；图4示出来自铁-钴合金触媒而成长于玻璃纤维基板上的碳纳米管的示例性SEM影像(1000倍放大倍率)；图5示出从触媒粒子成长的多壁式碳纳米管的示例性SEM影像；以及图6示出了在暴露至碳纳米管成长条件之前及之后的触媒粒子大小的示例性图表。具体实施例方式本专利技术一方面提出了用于在玻璃基板(特别是玻璃纤维基板)上成长碳纳米管的方法。本专利技术另一方面提出了在上方成长有根据本专利技术的碳纳米管成长方法所产生的碳纳米管的玻璃纤维基板。本文描述的碳纳米管成长方法的ー个重要优点在干，可实现在玻璃基板上的明显增进的碳纳米管成长速率。此特征使得本专利技术的碳纳米管成长方法能够用于エ业生产所需的高产量合成。此外，本专利技术的碳纳米管成长方法的某些具体实施例是使用水来沉积形成碳纳米管的触媒或触媒前驱物，本专利技术相较于使用有机溶剂的可比较的方法可降低生产成本并减缓环境冲击。本专利技术的碳纳米管成长方法可以保持为静止(静态)的玻璃基板、以批处理方式来进行，或是以正在运送(例如通过碳纳米管合成反应器)中、正有碳纳米管于其上方成长的玻璃基板来进行。根据本专利技术的具体实施例，当玻璃基板(特别是玻璃纤维基板)正在被运送、暴露至碳纳米管成长条件时，可进行本文所述的碳纳米管成长方法。此特征有利地允许碳纳米管的高产量成长得以实现。此外，相较于本领域中传统技术人员，本文所述的触媒与触媒前驱物可允许于玻璃基板上实现较大的碳纳米管成长速率。基于本专利技术的这些益处，该领域中具技术人员将理解在玻璃基板可于碳纳米管成长期间运送的碳纳米管成长方法的优势。尽管在碳纳米管成长期间运送玻璃基板有其优势，但也应了解在另ー些具体实施例中，本文所述的碳纳米管成长方法亦可以批次(静态)方式进行。碳纳米管已经证实在利用其独特结构与特性(包括例如大有效表面积、机械强度、导电性、以及导热性)的优点的数种应用中都有实用性。当于玻璃基板上成长时，碳纳米管与玻璃基板形成了ー种复合架构，其有利地允许碳纳米管的有益特性被提供至玻璃基板。然而，根据本专利技术的具体实施例，玻璃基板可仅仅用作为牺牲载层，以将大量的碳纳米管送至另一基质中(例如复合材料的聚合物基质)。根据本专利技术的具体实施例，于玻璃基板上成长的碳纳米管可被化学地或机械地黏附至所述基板。经由本专利技术的方法(即注入的碳纳米管)而于玻璃基板上成长的碳纳米管会更强地黏附至基板，而非经由简单的凡得瓦物理吸附交互作用而使预先合成的碳纳米管固定定位。因此，具有成长于其上的碳纳米管的本专利技术玻璃基板是不同于上方沉积有预先形成的碳纳米管(例如来自碳纳米管溶液或悬浮液)的玻璃基板。此外，经由在玻璃基板上直接成长碳纳米管，可以以实质上不成束状态而为各自的碳纳米管的方式获得碳纳米管。在某些具体实施例中，碳纳米管可直接地键结至玻璃基板。根据本专利技术的具体实施例，碳纳米管可经由用以调和碳纳米管合成的触媒材料和/或经由在玻璃基板上沉积的非触媒材料而间接地键结至玻璃基板。如本文所使用的，术语“纳米粒子”是指在等效球形直径上具有约0.1纳米至约100纳米的直径的粒子，虽然纳米粒子并不需要必然是球形形状。如本文所使用的，术语“触媒”是指ー种在暴露于碳纳米管成长条件时可运作以形成碳纳米管的物质。如本文所使用的，术语“触媒纳米粒子”是指ー种在暴露于碳纳米管成长条件时可运作以形成碳纳米管的纳米粒子。如本文所使用的，术语“触媒前驱物”是指ー种可转化为触媒的物质。如本文所使用的，术语“触媒材料”是指ー种触媒及/或触媒前驱物。如本文所使用的，术语“过渡金属”是指在元素周期表的d区中(第3族至第12族)的任何元素或元素的合金，而术语“过渡金属盐类”是指任何过渡金属化合物，例如过渡金属氧化物、硝酸盐、氯化物、溴化物、碘化物、氟化物、醋酸盐、柠檬酸盐、碳化物、氮化物等。可为触媒性质而用于合成碳纳米管的示例性过渡金属包括:例如镍、铁、钴、钥、铜、钼、金、银、其合金、其盐类以及其混合物。如本文所使用的，术语“可卷绕长度”或“可卷绕维度”是等同地指ー种材料，其具有不限于长度的至少ー个维度，从而使该材料在例如卷对卷方法(reel-to-reel process)中可被收存于滚动条或心轴上。具有“可卷绕长度”或“可卷绕维度”的材料具有至少ー个维度，其使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.14 US 61/382,8611.一种碳纳米管成长方法，包含: 于玻璃基板上沉积触媒材料； 于所述玻璃基板上沉积非触媒材料；以及 在沉积所述触媒材料与所述非触媒材料之后，将所述玻璃基板暴露于碳纳米管成长条件，以于其上成长碳纳米管。2.根据权利要求1所述的碳纳米管成长方法，进ー步包含: 在所述碳纳米管正于所述玻璃基板上成长时运送所述玻璃基板。3.根据权利要求1所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒材料包含触媒前驱物。4.根据权利要求3所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒材料是在所述非触媒材料之前沉积。5.根据权利要求3所述的碳 纳米管成长方法，其中所述触媒材料是在所述非触媒材料之后沉积。6.根据权利要求3所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒材料是与所述非触媒材料同时沉积。7.根据权利要求3所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒前驱物包含过渡金属盐类，其选自由过渡金属硝酸盐、过渡金属醋酸盐、过渡金属柠檬酸盐、过渡金属氯化物、其水合物及其组合所组成的组。8.根据权利要求7所述的碳纳米管成长方法，其中所述过渡金属盐类是选自由硝酸亚铁(II)、硝酸铁(III)、硝酸钴(II)、硝酸镍(II)、硝酸铜(II)、醋酸亚铁(II)、醋酸铁(III)、醋酸钴(II)、醋酸镍(II)、醋酸铜(II)、柠檬酸亚铁(II)、柠檬酸铁(III)、柠檬酸铁(III)铵、柠檬酸钴(II)、柠檬酸镍(II)、柠檬酸铜(II)、氯化亚铁(II)、氯化铁(II)、氯化钴(II)、氯化镍(II)、氯化铜(II)、其水合物及其组合所组成的组。9.根据权利要求3所述的碳纳米管成长方法，其中所述非触媒材料是选自铝盐或其水合物、玻璃、硅酸盐、硅烷及其组合所组成的组。10.根据权利要求9所述的碳纳米管成长方法，其中所述铝盐是选自由硝酸铝、醋酸铝、其水合物及其组合所组成的组。11.根据权利要求3所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒材料与所述非触媒材料各自是从溶液来沉积，所述溶液包含水作为溶剤。12.根据权利要求11所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒材料与所述非触媒材料是通过选自由喷涂、浸涂及其组合所组成的组的技术而加以沉积。13.根据权利要求3所述的碳纳米管成长方法，其中所述非触媒材料对所述触媒材料的摩尔比例至多约为6:1。14.根据权利要求3所述的碳纳米管成长方法，其中所述非触媒材料对所述触媒材料的摩尔比例至多约为2:1。15.根据权利要求3所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒前驱物是自至少ー种过渡金属盐与过氧化氢之间的反应而形成。16.根据权利要求15所述的碳纳米管成长方法，其中所述至少一种过渡金属盐类包括铁(II)盐或其水合物以及钴(II)盐或其水合物。17.根据权利要求3所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒材料与所述非触媒材料包含触媒涂层，所述触媒涂层具有约5纳米至约100纳米的厚度。18.一种碳纳米管成长方法，包含: 于玻璃纤维基板上沉积触媒前驱物； 于所述玻璃纤维基板上沉积非触媒材料； 将所述触媒前驱物转化为触媒，所述触媒可运作以于暴露至碳纳米管成长条件时用于成长碳纳米管；以及 当正在运送所述玻璃纤维基板吋，将所述玻璃纤维基板暴露于碳纳米管成长条件，以于所述玻璃纤维基板上成长碳纳米管。19.根据权利要求18所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒前驱物是在所述非触媒材料之前沉积。20.根据权利要求18所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒前驱物是在所述非触媒材料之后沉积。21.根据权利要求18所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒前驱物是与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：布兰登·K·马利特，图沙·K·沙赫，
申请(专利权)人：应用奈米结构公司，
类型：
国别省市：