碳納米管膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碳納米管膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳納米管是一種由石墨烯片卷成的中空管狀物，其具有優(yōu)異的力學、熱學及電學 性質(zhì)。碳納米管應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，例如，它可用于制作場效應(yīng)晶體管、原子力顯微鏡針尖、 場發(fā)射電子槍、納米模板等等。
[0003] 范守善等人在 Nature, 20〇2，4：19:8〇1，Spinning Continuous CNT Yarns - 文中揭露了一種從超順排碳納米管陣列中拉出的純碳納米管紗，這種碳納米管紗包括多 個在范德華力作用下首尾相接的碳納米管片段，每個碳納米管片段具有大致相等的長度， 且每個碳納米管片段由多個相互平行的碳納米管構(gòu)成，一般的，這種碳納米管紗的直徑在 0. 5~100微米左右，經(jīng)過有機溶劑處理后這種碳納米管紗可以方便的用于宏觀領(lǐng)域。上述碳 納米管紗在徑向上具有良好的導(dǎo)電及導(dǎo)熱性能，并且具有優(yōu)異的韌性和機械強度，被認為 是一種具有取代碳纖維、石墨纖維及玻璃纖維潛力的新型材料，可以廣泛的應(yīng)用于電磁屏 蔽電纜、印刷電路板及特種防護服裝的紡織等領(lǐng)域。
[0004] 然而，目前碳納米管紗的制備長度受到碳納米管陣列大小的限制，從現(xiàn)有的4英 寸的硅片上生長的高度為200微米的碳納米管陣列中，所拉出的碳納米管紗的長度有限， 使這種碳納米管紗在宏觀上的應(yīng)用受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，確有必要提供一種連續(xù)的碳納米管膜的制備方法。
[0006] -種碳納米管結(jié)構(gòu)預(yù)制體，包括：N個圖形化碳納米管陣列，N大于等于2,該N個 圖形化碳納米管陣列設(shè)置在同一平面且沿一 X方向間隔排列，每個圖形化碳納米管陣列包 括一基底以及多個碳納米管垂直于所述基底的表面，每個圖形化碳納米管陣列中的多個碳 納米管排列成一預(yù)設(shè)圖形，該圖形為一平行四邊形，該平行四邊形具有相互平行的兩條第 一邊和相互平行的兩條第二邊，所述兩條第一邊平行于所述X方向，相鄰圖形化碳納米管 陣列中的第二邊均相互平行，每個圖形化碳納米管陣列的平行四邊形的一個銳角頂點與相 鄰的圖形化碳納米管陣列的平行四邊形的一個鈍角定點相鄰且相對設(shè)置；以及N-1個碳納 米管膜預(yù)制體，每個碳納米管膜預(yù)制體位于相鄰的兩個圖形化碳納米管陣列之間，每個碳 納米管膜預(yù)制體為從第N-1個圖形化碳納米管陣列的平行四邊形的所述銳角頂點直接拉 伸出，每個碳納米管膜預(yù)制體具有相對的第一端和第二端，該第一端與第N個圖形化碳納 米管陣列的平行四邊形中所述鈍角頂點相連，該第二端與第N-1個圖形化碳納米管陣列中 所述銳角頂點相連。
[0007] -種碳納米管膜的制備方法，包括以下步驟：提供一種所述碳納米管結(jié)構(gòu)預(yù)制體； 以及從所述第N個圖形化碳納米管陣列的所述銳角頂點持續(xù)拉伸獲得一碳納米管膜，所述 拉伸的方向為沿著X方向。
[0008] -種碳納米管膜的制備方法，包括以下步驟：提供兩個碳納米管陣列，該兩個碳納 米管陣列設(shè)置在同一平面且沿一 X方向間隔排列；將所述兩個碳納米管陣列進行圖形化處 理，形成兩個圖形化碳納米管陣列，并依次命名為第一圖形化碳納米管陣列、第二圖形化碳 納米管陣列，每個圖形化碳納米管陣列中的多個碳納米管排列成一預(yù)設(shè)圖形，該圖形為一 平行四邊形，該平行四邊形具有相互平行的兩條第一邊和相互平行的兩條第二邊，所述兩 條第一邊平行于所述X方向，相鄰圖形化碳納米管陣列中的第二邊均相互平行，每個圖形 化碳納米管陣列的平行四邊形的一個銳角頂點與相鄰的圖形化碳納米管陣列的平行四邊 形的一個鈍角定點相鄰且相對設(shè)置；從第一圖形化碳納米管陣列的所述銳角頂點拉伸獲得 一碳納米管膜；從第二圖形化碳納米管陣列的所述銳角頂點拉伸獲得一碳納米管膜預(yù)制 體，并將該碳納米管膜預(yù)制體搭接在第一圖形化碳納米管陣列中所述鈍角頂點；以及繼續(xù) 拉伸所述碳納米管膜，所述拉伸的方向始終沿著所述X方向。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的碳納米管膜的制備方法中，將多個圖形化的碳 納米管陣列相互搭接，實現(xiàn)碳納米管膜的連續(xù)制備；調(diào)整圖形化的碳納米管陣列的形狀，在 碳納米管膜的連續(xù)制備過程中確保碳納米管數(shù)量的不變，提高了碳納米管膜的力學性能。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明第一實施例提供的碳納米管膜的制備方法的工藝流程圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明第一實施例提供的碳納米管陣列的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明第一實施例提供的圖形化的碳納米管陣列的圖案。
[0013] 圖4為本發(fā)明第一實施例提供的圖形化的碳納米管陣列的另一圖案。
[0014] 圖5為本發(fā)明第一實施例提供的圖形化的碳納米管陣列的另一圖案。
[0015] 圖6為本發(fā)明第一實施例提供的圖形化的碳納米管陣列的另一圖案。
[0016] 圖7為本發(fā)明第一實施例提供的第二碳納米管膜預(yù)制體沒有搭接在第一圖形化 碳納米管陣列上的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖8為本發(fā)明第一實施例提供的利用有機溶劑處理碳納米管膜的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖9為本發(fā)明第一實施例提供的采用機械扭轉(zhuǎn)的方法處理碳納米管膜的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0019] 圖10為本發(fā)明第二實施例提供的圖形化的碳納米管陣列的圖案。
[0020] 圖11為本發(fā)明第三實施例提供的碳納米管結(jié)構(gòu)預(yù)制體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖12為本發(fā)明第四實施例提供的碳納米管結(jié)構(gòu)預(yù)制體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 主要元件符號說明

如下【具體實施方式】將結(jié)合上述附圖進一步說明本發(fā)明。
【具體實施方式】
[0023] 下面將結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明提供的碳納米管膜的制備方法作進一步 的詳細說明。
[0024] 請一并參見圖1至圖3,本發(fā)明第一實施例提供一種碳納米管膜100的制備方法， 包括以下步驟： S10,提供多個碳納米管陣列14,該多個碳納米管陣列14沿一水平方向間隔排列，該水 平方向定義為X方向； S20,將所述多個碳納米管陣列14進行圖形化處理，形成多個圖形化的碳納米管陣列， 并依次命名為第一圖形化碳納米管陣列10、第二圖形化碳納米管陣列20,直至第N圖形化 碳納米管陣列40,每個圖形化碳納米管陣列具有相對的第一端點102和第二端點104,每個 圖形化碳納米管陣列的第一端點102與相鄰圖形化碳納米管陣列的第二端點104相鄰，所 述N大于等于2; S30,從第二圖形化碳納米管陣列20的第一端點102拉伸獲得一第二碳納米管膜預(yù)制 體22,并將該第二碳納米管膜預(yù)制體22搭接在第一圖形化碳納米管陣列10的第二端點 104 ； S40,從第三圖形化碳納米管陣列30的第一端點102拉伸獲得一第三碳納米管膜預(yù)制 體32,并將該第三碳納米管膜預(yù)制體32搭接在第二圖形化碳納米管陣列20的第二端點 104 ； S50,重復(fù)步驟S30或S40,直至完成第二圖形化碳納米管陣列20至第N圖形化碳納米 管陣列40中所有圖形化碳納米管陣列的拉伸和搭接； S60,從第一圖形化碳納米管陣列10的第一端點102持續(xù)拉伸獲得一碳納米管膜100， 所述拉伸的方向為沿著所述X方向； S70,利用有機溶劑70或機械扭轉(zhuǎn)處理所述碳納米管膜100,形成一碳納米管線200。
[0025] 步驟S10中，請參見圖2,所述碳納米管陣列14優(yōu)選為超順排碳納米管陣列14， 該超順排碳納米管陣列14的制備方法采用化學氣相沉積法，其具體包括以下步驟：（a)提 供一平整生長基底12,該生長基底12可選用P型或N型硅生長基底12,或選用形成有氧 化層的硅生長基底12,本發(fā)明實施例優(yōu)選為采用4英寸的硅生長基底12 ;(b)在生長基底 12表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵（Fe)、鈷（Co)、鎳（Ni)或其任意組 合的合金之一；（c)將上述形成有催化劑層的生長基底12在700°C ~900°C的空氣中退火約 30分鐘~90分鐘；（d)將處理過的生長基底12置于一反應(yīng)爐中，在保護氣體環(huán)境下加熱到 500°C ~740°C，然后通入碳源氣體反應(yīng)約5分鐘~30分鐘，生長得到碳納米管陣列14。該碳 納米管陣列14為多個彼此平行且垂直于生長基底12