碳纳米管膜的制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010138327.7

申请日:

2010.04.02

公开号:

CN101837968A

公开日:

2010.09.22

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C01B 31/02申请日:20100402|||公开

IPC分类号:

C01B31/02; B82B3/00

主分类号:

C01B31/02

申请人:

北京富纳特创新科技有限公司

发明人:

刘亮

地址:

100084 北京市海淀区北京市海淀区清华大学学研综合楼B座1115号

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

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生长一碳纳米管阵列;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;采用一施压装置向所述展开部分的碳纳米管阵列施加一压力,使该展开部分的碳纳米管阵列中的碳纳米管倾倒,从而形成一碳纳米管膜。

权利要求书

1: 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生长一碳纳米管阵列 ; 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 ; 采用一施压装置向所述展开部分的碳纳米管阵列施加一压力, 使该展开部分的碳纳米 管阵列中的碳纳米管倾倒, 从而形成一碳纳米管膜。
2: 如权利要求 1 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 在采用所述施压装置压 膜之前, 将所述弯曲成曲面形状的面状柔性基底整体展开成一平面形状。
3: 如权利要求 1 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 在采用所述施压装置压 膜之前, 将所述弯曲成曲面形状的面状柔性基底局部展开成一平面形状。
4: 如权利要求 3 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 在采用所述施压装置压 膜的过程中, 将所述弯曲成曲面形状的面状柔性基底连续地局部展开成平面形状, 以连续 地提供平面形状碳纳米管阵列, 从而使所述施压装置连续地施压于该平面形状的碳纳米管 阵列。
5: 如权利要求 4 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 在采用所述施压装置压 膜之前, 进一步将所述曲面形状的柔性基底沿轴线方向的两端活动设置在两个相对且间隔 设置的卡槽中。
6: 如权利要求 5 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 进一步采用一拉伸工具 夹持并拉伸所述柔性基底的一自由端, 从而使所述柔性基底沿所述卡槽移出并连续地展 开。
7: 如权利要求 1 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 当形成所述碳纳米管膜 之后, 卷绕已形成有碳纳米管膜的柔性基底。
8: 如权利要求 1 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 所述局部展开碳纳米管 阵列, 并通过施压装置对展开部分的碳纳米管阵列施加压力的方法具体包括以下步骤 : 断续地局部展开所述弯曲成曲面形状的面状柔性基底, 从而断续地局部展开所述碳纳 米管阵列成一平面形状 ; 采用一施压装置断续地对展开部分的碳纳米管阵列施加压力, 从而使该展开部分的碳 纳米管阵列中的碳纳米管在所述施压装置的压力的作用下被倾倒, 从而形成碳纳米管膜。
9: 如权利要求 8 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 所述施压装置对展开部 分的碳纳米管阵列施加压力时, 所述面状柔性基底与碳纳米管阵列处于停止状态。
10: 如权利要求 8 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 所述施压装置为一压 头, 该压头具有一平面表面或一圆柱表面。
11: 如权利要求 10 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 当所述压头具有一平 面表面时, 通过该压头的表面沿垂直于所述展开部分的柔性基底的方向向所述碳纳米管阵 列施加一压力。
12: 如权利要求 11 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 当将所述展开部分的 碳纳米管阵列压成一碳纳米管膜之后, 进一步包括 : 将所述压头抬起, 并同时拉伸所述弯曲 成曲面形状的柔性基底, 以展开该柔性基底成一平面形状, 从而提供平面形状的碳纳米管 阵列 ; 设置该平面形状的碳纳米管阵列于所述压头下方, 并落下所述压头以施压于该平面 2 形状的碳纳米管阵列。
13: 如权利要求 10 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 当所述压头具有一圆 柱表面时, 通过该压头的圆柱面沿一固定方向或不同方向碾压所述碳纳米管阵列。
14: 如权利要求 1 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 所述局部展开碳纳米管 阵列, 并通过施压装置对展开部分的碳纳米管阵列施加压力的方法具体包括以下步骤 : 连续地展开所述弯曲成曲面形状的面状柔性基底, 从而连续地局部展开所述碳纳米管 阵列成一平面形状 ; 所述施压装置为一具有一圆柱表面的压头, 使该压头的轴线方向与所述展开部分的碳 纳米管阵列的宽度方向相同, 并使该压头接触所述展开部分的碳纳米管阵列 ; 及 连续地滚动所述压头, 使该压头连续地施压于所述不断展开的碳纳米管阵列, 从而使 该不断展开的碳纳米管阵列中的碳纳米管在所述压头的压力作用下被倾倒, 从而形成碳纳 米管膜。
15: 如权利要求 14 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 所述碳纳米管倾倒的 方向与所述柔性基底的展开方向相反。
16: 如权利要求 1 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 所述曲面形状为一定长 度的动直线段沿一曲线轨迹平行移动形成的曲面形状。
17: 如权利要求 16 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 所述曲面形状为筒形 形状或螺旋形状。
18: 如权利要求 1 所述的碳纳米管膜的制备方法, 其特征在于, 进一步包括将所述碳纳 米管膜从所述柔性基底的表面上揭取下的步骤。

说明书


碳纳米管膜的制备方法

    【技术领域】
     本发明涉及一种碳纳米管膜的制备方法。背景技术 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)。
     范 守 善 等 人 于 2008 年 12 月 3 日 公 开 的 中 国 发 明 专 利 申 请 公 布 说 明 书 第 CN101314464A 号中揭露了一种通过一施压装置向一碳纳米管阵列施加一压力以形成碳纳 米管膜的方法, 通过这种方法制备的碳纳米管膜具有宏观尺度且能够自支撑, 同时, 该碳纳
     米管膜中的碳纳米管均匀分布且通过范德华力相互吸引, 因此具有较好的机械强度和韧 度。
     然而, 该碳纳米管膜通过直接施压于一碳纳米管阵列形成, 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, 使通过该生 长基底上生长的碳纳米管阵列制备的碳纳米管膜的面积也相应受到限制。 发明内容 有鉴于此, 确有必要提供一种能够获得具有较大面积的碳纳米管膜的制备方法。
     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 基底的表面生长一碳纳米管阵列 ; 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 ; 采用一施压装置向所述展开部分的碳纳米管阵列施 加一压力, 使该展开部分的碳纳米管阵列中的碳纳米管倾倒, 从而形成一碳纳米管膜。
     相较于现有技术, 本发明碳纳米管膜的制备方法具有以下优点 : 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, 进而使通过该碳 纳米管阵列制备获得的碳纳米管膜具有较大的面积。
     附图说明
     图 1 为本发明第一实施例提供的碳纳米管膜的制备方法流程图。图 2 为本发明第一实施例提供的碳纳米管膜的制备方法过程示意图。 图 3 为本发明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 施压装置 106 间隙 108 卡槽 120 支撑台 122 卷轴 124具体实施方式
     以下将结合附图详细说明本发明实施例碳纳米管膜的制备方法。
     请参阅图 1 及图 2, 本发明第一实施例提供一种碳纳米管膜的制备方法, 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 : 采用一施压装置 106 向所述展开部分的碳纳米管阵列 102 施加一压力, 使 所述碳纳米管阵列 102 中的碳纳米管倾倒, 从而形成一碳纳米管膜 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 的表面, 优选为超顺排碳纳米管阵列。本实施例中, 该超顺排碳纳 米管阵列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。
     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℃。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。该曲面形状可为具有一圆柱面的圆筒形、 具有一螺 旋柱面的螺旋形、 具有一 “Z” 形柱面的 “Z” 形或其它形状。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 108, 该间隙 108 为螺旋 状间隙。该间隙 108 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℃~ 900℃ ( 如 700℃ ) 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℃~ 900℃ ( 如 740℃ ), 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 被悬于该反应炉内, 且该支架需尽量少地遮挡所 述柔性基底 104, 以避免阻隔热量或碳源气体传输至所述催化剂层处, 从而影响碳纳米管的 生长。 该碳源气可选用乙炔、 乙烯、 乙烷等, 优选为乙炔等化学性质较活泼的碳氢化合物, 保 护气体可选用氮气、 氨气或惰性气体。
     该碳纳米管阵列 102 包括多个碳纳米管, 优选地, 该多个碳纳米管有序地垂直于 柔性基底 104 排列。优选地, 该多个碳纳米管基本为直线状, 并且, 当所述柔性基底 104 被 展开成平面形状之后, 所述多个碳纳米管基本相互平行, 且沿基本垂直于所述柔性基底 104 的至少一表面的方向生长。 所述基本平行是指该多个碳纳米管中的大部分基本沿同一方向 延伸, 仅有少数碳纳米管随机排列, 这些碳纳米管不会对碳纳米管阵列 102 中大多数碳纳 米管的整体取向排列构成明显影响。 所述基本垂直是指所述多个碳纳米管中的大部分碳纳 米管垂直于所述柔性基底 104 的至少一表面, 仅有少数碳纳米管并不完全垂直所述柔性基 底 104, 而为近似垂直, 如大于等于 80 度小于等于 100 度。通过上述控制生长条件, 该碳纳 米管阵列 102 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。进一步地, 该碳 纳米管阵列 102 中的碳纳米管之间存在范德华力。可以理解, 所述碳纳米管阵列 102 中的 碳纳米管也可以杂乱地呈弯曲状无序生长, 仅需使碳纳米管在碳纳米管阵列中具有较大的
     分布密度即可。
     由于通过向一个曲面基底, 尤其是弯曲成螺旋状的曲面基底表面形成的碳纳米管 阵列 102 施加压力以获得碳纳米管膜 100 较为困难, 因此在步骤三中施压以获得碳纳米管 膜 100 之前, 先通过步骤二将所述已经生长有碳纳米管阵列 102 的曲面形状的柔性基底 104 从所述反应炉中取出并至少局部展开。
     所述展开是指将所述被弯曲成曲面形状的柔性基底 104 被展成一具有较小弯曲 度以利于后续压膜的形状, 优选为展开成一平面形状, 从而使生长于该柔性基底 104 表面 的碳纳米管阵列 102 也被展开成一平面形状。
     在步骤三中, 所述施压装置 106 为一压头, 该压头具有一表面, 优选地, 该表面为 一平滑的表面。该压头的表面可以为平面, 也可为一圆柱面。当所述压头的表面为平面时, 可通过该压头的表面沿垂直于该展开部分的柔性基底 104 的方向向所述碳纳米管阵列 102 施加一压力, 使该碳纳米管阵列 102 中有序排列的多个碳纳米管沿不同的方向倾倒, 从而 形成一碳纳米管膜 100, 该碳纳米管膜 100 为一各向同性膜, 该各向同性的碳纳米管膜 100 中的碳纳米管无序排列。当所述压头的表面为一圆柱面时, 可通过该压头的圆柱面沿一固 定方向碾压所述碳纳米管阵列 102, 使该碳纳米管阵列 102 中的碳纳米管沿该固定方向倾 倒, 从而形成一碳纳米管膜 100, 该碳纳米管膜 100 中的多个碳纳米管沿该固定方向择优取 向排列 ; 或者通过该压头的圆柱面沿不同方向碾压所述碳纳米管阵列 102, 使部分碳纳米 管沿一方向压倒, 部分碳纳米管沿其它方向压倒, 从而形成一碳纳米管膜 100, 该碳纳米管 膜 100 中的碳纳米管沿不同方向择优取向排列。 此外, 上述步骤二和步骤三可同时进行, 具体为 : 首先局部展开所述柔性基底 104, 从而局部展开所述碳纳米管阵列 102 ; 在该局部展开的碳纳米管阵列 102 上进行压膜 ; 之后在该压膜的过程中, 逐渐展开未经压膜的柔性基底 104。另, 该步骤二和步骤三也可分 开进行, 具体为 : 首先将所述柔性基底 104 整体完全展开, 从而完全展开所述碳纳米管阵列 102 ; 之后再在该整体完全展开的柔性基底 104 上压膜。 本实施例中为该步骤二和步骤三同 时进行, 具体如下 :
     当所述碳纳米管阵列 102 被局部展开后, 可首先在该局部展开的碳纳米管阵列 102 上进行压膜。具体为 :
     a, 提供一固定装置、 一拉伸工具 ( 图未示 ) 及一支撑台 122, 采用所述固定装置固 定所述柔性基底 104, 并将所述支撑台 122 设置于所述柔性基底 104 的一侧 ;
     b, 采用所述拉伸工具夹持所述柔性基底 104 的一自由端并向所述支撑台 122 的一 侧拉伸, 使所述柔性基底 104 局部展开, 从而使生长于该柔性基底 104 上的碳纳米管阵列 102 也被局部展开 ;
     c, 将所述已经局部展开的柔性基底 104 设置于所述支撑台 122 上 ;
     d, 采用所述压头对所述设置于支撑台 122 上的碳纳米管阵列 102 施加一定的压 力。
     其中, 在步骤 a 中, 所述固定装置包括两个相对且间隔设置的卡槽 120 和一为支撑 和固定该两个卡槽 120 的固定架 ( 图未示 ), 该卡槽 120 的形状可根据所述柔性基底 104 的 曲面形状而设定, 具体为, 该卡槽 120 的截面形状与所述柔性基底 104 的垂直于轴线方向的 横截面的形状相同, 本实施例中, 所述卡槽 120 的截面形状为螺旋形状。采用该卡槽 120 固
     定所述螺旋状柔性基底 104 的方式具体为, 将所述螺旋状的柔性基底 104 的沿轴线方向的 两端分别活动设置在该两个卡槽 120 中, 由于该两个卡槽 120 的形状也为螺旋形状, 且该两 个卡槽 120 相对且间隔设置, 从而可使该螺旋状柔性基底 104 可被固定在其中, 且除两端被 卡槽 120 卡设之外, 其它部分均悬空设置。
     在步骤 b 中, 在采用所述拉伸工具拉伸所述柔性基底 104 的过程中, 由于该柔性基 底 104 的两端被活动设置在所述两个卡槽 120 中, 从而可使所述柔性基底 104 在拉伸工具 的拉力作用下, 逐渐沿着该卡槽 120 的螺旋路径移出并展开。
     在步骤 d 中, 随着该碳纳管阵列 102 被逐渐压倒形成碳纳米管膜 100, 进一步将所 述弯曲成曲面形状的柔性基底 104 连续地或断续地局部展开成平面形状, 以连续地或断续 地提供平面形状碳纳米管阵列 102, 从而使所述施压装置 106 连续地或断续地施压于该平 面形状的碳纳米管阵列 102, 从而最终使整个碳纳米管阵列 102 形成碳纳米管膜 100。
     具体为, 在此步骤 d 中, 采用所述施压装置 106 断续地施压于该平面形状的碳纳米 管阵列 102 的方法包括 : (1) 断续地局部展开所述柔性基底 104, 从而断续地局部展开所述 碳纳米管阵列 102 ; (2) 采用所述施压装置 106 断续地施压于展开的碳纳米管阵列 102, 从 而使该展开部分的碳纳米管阵列 102 中的碳纳米管在所述施压装置的压力的作用下被倾 倒, 从而形成碳纳米管膜 100。 其中, 在步骤 (1) 中, 所述断续地局部展开所述柔性基底 104 是指当所述柔性基底 104 被局部展开之后, 停止该展开过程, 并在该停止展开的过程中采用所述施压装置 106 施 压于该展开部分的碳纳米管阵列 102 以使该碳纳米管阵列 102 中的碳纳米管全部倾倒形成 碳纳米管膜 100, 之后再停止施压装置 106 施压于该碳纳米管阵列 102, 并在该停止施压的 过程中进一步展开所述弯曲成曲面形状的柔性基底 104。在步骤 (2) 中, 所述施压装置 106 的压头具有的表面可以为平面, 也可以为一圆柱面, 当所述压头具有的表面为平面时, 优选 地, 该平面的宽度大于碳纳米管阵列 102 的宽度, 当该压头将首先局部展开的碳纳米管阵 列 102 压倒之后, 将该压头沿垂直于支撑台 122 的方向抬起, 并同时拉伸所述弯曲成曲面形 状的柔性基底 104 以提供设置于所述支撑台 122 上的静置的平面形状的碳纳米管阵列 102, 随后使该压头沿垂直于所述支撑台 122 的方向下降并施压于设置于该支撑台 122 上的静置 的已展开成平面形状的碳纳米管阵列 102, 反复升降所述压头, 并断续施压于所述断续展开 的设置于支撑台 122 上的静置的碳纳米管阵列 102, 从而形成所述碳纳米管膜 100。 另外, 当 该压头沿不同方向碾压所述碳纳米管阵列 102 时, 其整个过程可与上述采用具有平面表面 的压头施压于所述碳纳米管阵列 102 以形成碳纳米管膜 100 的过程相似, 即, 断续提供静置 的展开的碳纳米管阵列 102, 并反复升降所述压头以施压于所述展开的碳纳米管阵列 102, 从而最终使整个碳纳米管阵列 102 被压成碳纳米管膜 100。
     其中, 采用所述施压装置 106 连续地施压于该平面形状的碳纳米管阵列 102 的方 法包括 : (I) 连续地局部展开所述柔性基底 104, 从而连续地局部展开所述碳纳米管阵列 102 ; (II) 采用所述施压装置 106 连续地施压于展开的碳纳米管阵列 102, 从而使该展开部 分的碳纳米管阵列 102 中的碳纳米管在所述施压装置 106 的压力的作用下被倾倒, 从而形 成碳纳米管膜 100。
     其中在步骤 (I) 中, 所述连续地局部展开所述柔性基底 104 是指不间断地展开该 柔性基底 104。在步骤 (II) 中, 所述施压装置 106 的压头具有一圆柱形表面, 首先, 使该压
     头接触所述展开部分的碳纳米管阵列 102, 且使该压头的轴线方向与所述展开成平面形状 的碳纳米管阵列 102 的宽度方向相同 ; 其次, 连续地滚动所述压头, 使该压头连续地施压于 所述不断展开的碳纳米管阵列 102, 从而使该不断展开的碳纳米管阵列 102 中的碳纳米管 在所述压头的压力作用下被倾倒, 从而形成碳纳米管膜。 具体为, 沿同一方向滚动所述压头 以碾压所述碳纳米管阵列 102, 使所述碳纳米管阵列 102 中碳纳米管倾倒的方向与所述柔 性基底 104 的展开方向相反, 该碾压速度小于或等于所述柔性基底 102 的展开速度, 即使所 述压头碾压碳纳米管阵列 102 的过程与展开弯曲成曲面形状的碳纳米管阵列 102 的过程同 时进行。
     该支撑台 122 也可具有一曲面, 例如该支撑台 122 可以是一圆柱体, 从而与圆柱体 的施压装置 106 配合, 使所述柔性基底 102 通过于两个圆柱体之间。可以理解, 当该柔性基 底 104 的两面均生长有碳纳米管阵列 102 时, 可采用两个相对的施压装置 106 对所述两个 碳纳米管阵列 102 同时施压。具体地, 可使所述柔性基底 104 通过两个能够相对转动的圆 柱形压头之间。
     另外, 在形成所述碳纳米管膜 100 的同时, 为节省空间, 可进一步将所述已经形成 有碳纳米管膜 100 的柔性基底 104 卷绕于一卷轴 124 上。通过该卷轴 124 的旋转, 使所述 已经形成有碳纳米管膜 100 的柔性基底 104 逐渐卷绕于该卷轴 124 上, 同时也带动所述未 形成有碳纳米管膜 100 的柔性基底 104 逐渐展开。进一步地, 为避免在该卷绕的柔性基底 104 的另一表面, 即与所述形成有碳纳米管阵列 102 的表面相对的表面会粘附所述碳纳米 管膜 100, 该表面可具有硅、 石蜡、 特氟隆或其它不干胶用底膜涂层材料。
     另外, 由于上述压力的作用, 所形成的碳纳米管膜 100 中的多个碳纳米管与所述 柔性基底 104 之间具有较小的结合力, 且该多个碳纳米管相互之间通过范德华力相互吸 引, 从而在使用的过程中, 所述碳纳米管膜 100 很容易从所述柔性基底 104 上剥离下来且不 会破坏。剥离下来的碳纳米管膜 100 为一自支撑结构。
     可以理解, 当柔性基底 104 被弯曲成曲面形状并在反应室内形成碳纳米管阵列 102, 尤其是弯曲成螺旋状时, 该柔性基底 104 的面积可能很大。将大面积的柔性基底 104 完全展开成一平面形状, 需要占用较大空间, 且不便于工业连续化生产。因此, 通过将上述 柔性基底 104 展开、 压膜及将该形成有碳纳米管膜 100 的柔性基底 104 卷绕同时进行的方 式, 可尽量节省拉取碳纳米管膜 100 过程所需要的空间, 适合大批量、 连续化的工业生产。
     通过上述方式所获得的碳纳米管膜 100 中的多个碳纳米管, 沿同一方向或不同方 向择优取向排列。所述沿同一方向择优取向排列是指在碳纳米管膜 100 中大多数碳纳米管 的整体延伸方向基本朝同一方向, 当然, 所述碳纳米管膜 100 中存在少数偏离延伸方向的 碳纳米管, 这些碳纳米管不会对碳纳米管膜 100 中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明 显影响。所述沿不同方向择优取向排列是指在碳纳米管膜 100 中的部分碳纳米管的延伸方 向基本朝一方向, 部分碳纳米管的延伸方向基本朝另外其它方向。 优选地, 所述碳纳米管膜 100 中的碳纳米管平行于碳纳米管膜 100 的表面。所述碳纳米管膜 100 中的碳纳米管相互 部分交叠。所述碳纳米管膜 100 中碳纳米管之间通过范德华力相互吸引, 紧密结合, 使得该 碳纳米管膜 100 具有很好的柔韧性, 可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管 膜 100 中的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引, 紧密结合, 使碳纳米管膜 100 为一自支撑 的结构。所述自支撑为碳纳米管膜 100 不需要大面积的载体支撑, 而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态, 即将该碳纳米管膜 100 置于 ( 或固定于 ) 间隔 一定距离设置的两个支撑体上时, 位于两个支撑体之间的碳纳米管膜 100 能够悬空保持自 身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜 100 中碳纳米管之间存在的范德华力而实 现。所述碳纳米管膜 100 中的碳纳米管与形成该碳纳米管阵列 102 的柔性基底 104 的表面 形成一夹角 α, 其中, α 大于等于 0 度且小于等于 15 度 (0 ≤ α ≤ 15° ), 该夹角 α 与施 加在碳纳米管阵列 102 上的压力有关, 压力越大, 该夹角越小。且该碳纳米管膜 100 的厚度 取决于碳纳米管阵列 102 的高度和压力大小, 碳纳米管阵列 102 的高度越大而施加的压力 越小, 则制备的碳纳米管膜 100 的厚度越大 ; 反之, 碳纳米管阵列 102 的高度越小而施加的 压力越大, 则制备的碳纳米管膜 100 的厚度越小。本实施例中, 制备的碳纳米管膜 100 的厚 度为 1 微米~ 1 毫米。
     该制备碳纳米管膜的方法具有以下优点 : 第一, 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, 进而使得通过对该碳纳米管阵列 施加压力而获得的碳纳米管膜具有较大的面积。 第二, 由于该柔性基底具有一定的柔性, 从 而可被展开成一平面形状, 相较于直接在一复杂的曲面状基底上获得碳纳米管膜, 先将曲 面基底展开再施压于该基底上的碳纳米管阵列以获得碳纳米管膜更为简单易行。
     另外, 本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化, 当然, 这些依据本发明精 神所做的变化, 都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

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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生长一碳纳米管阵列;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;采用一施压装置向所述展开部分的碳纳米管阵列施加一压力,使该展开部分的碳纳米管阵列中的碳纳米管倾倒,从而形成一碳纳米管膜。。

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