碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，尤其涉及一種碳納米管膜或碳納米管 線的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳納米管（Carbon Nanotube, CNT)可看作由石墨烯片彎曲而成的中空管狀物，其 具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)及電學(xué)性質(zhì)，因此具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。由于單根碳納米管的尺寸為 納米級，難于加以利用，人們嘗試將多個(gè)碳納米管作為原材料，制成具有較大尺寸的宏觀碳 納米管結(jié)構(gòu)。例如由多個(gè)碳納米管形成的宏觀膜狀結(jié)構(gòu)，即碳納米管膜（Carbon Nanotube Film)，以及由多個(gè)碳納米管形成的宏觀線狀結(jié)構(gòu)，即碳納米管線（Carbon Nanotube Wire)。
[0003] 公告號為CN101458975B的中國發(fā)明專利中揭露了一種從碳納米管陣列中直接 拉取獲得的碳納米管薄膜，這種碳納米管薄膜具有較好的透明度，且具有宏觀尺度并能夠 自支撐，其包括多個(gè)在范德華力作用下首尾相連的碳納米管。由于這種直接從陣列中拉 取獲得的碳納米管薄膜中碳納米管基本沿同一方向延伸，因此能夠較好的發(fā)揮碳納米管 軸向具有的導(dǎo)電及導(dǎo)熱等各種優(yōu)異性質(zhì)，具有極為廣泛的應(yīng)用前景，例如可以應(yīng)用于觸摸 屏（如中國專利CN101419518B)、液晶顯示器(如中國專利CN101498865B)、揚(yáng)聲器(如中 國專利CN101605289B)、加熱裝置(如中國專利CN101868066B)、薄膜晶體管(如中國專利 CN101582449B)及導(dǎo)電線纜(如中國專利CN101499337B)等多種領(lǐng)域。
[0004] 這種特殊的碳納米管膜的形成原理是超順排生長的碳納米管陣列中碳納米管之 間通過范德華力緊密結(jié)合，使在拉取部分碳納米管時(shí)，與之相鄰的碳納米管由于范德華力 的作用可以首尾相連的被拉出，從而逐漸形成一個(gè)由首尾相連的碳納米管構(gòu)成的碳納米管 膜。然而，由于碳納米管之間僅靠范德華力相互吸引而成膜，一旦陣列的形態(tài)被破壞或改 變，就有可能導(dǎo)致無法連續(xù)地拉出均勻的碳納米管膜，因此傳統(tǒng)的做法是在生長基底(一般 是單晶硅片）表面生長碳納米管陣列之后，直接對生長基底上的碳納米管陣列進(jìn)行碳納米 管膜的拉取作業(yè)。
[0005] 然而，隨著這種碳納米管膜在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用越來越廣泛，為適應(yīng)細(xì)化產(chǎn)業(yè)分工的 要求，碳納米管陣列的生長和碳納米管膜的拉取往往需要在不同地點(diǎn)的不同生產(chǎn)廠完成。 而將生長基底連同其上的碳納米管陣列一起提供給拉膜階段的生產(chǎn)廠不但使生長基底的 回收周期變長，不利于快速投入到新陣列的生長，也容易使昂貴的單晶硅片在運(yùn)輸途中遭 到破壞而報(bào)廢。另外，也可通過相同原理從碳納米管陣列中拉取獲得碳納米管線，而碳納米 管線在生產(chǎn)制備上同樣存在上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，確有必要提供一種能夠解決上述問題的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法。
[0007] -種碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：提供一代替基底及一生長基底，該 生長基底表面具有碳納米管陣列，該碳納米管陣列的形態(tài)能夠使得一碳納米管結(jié)構(gòu)可以從 該碳納米管陣列中連續(xù)地拉出；將該碳納米管陣列從該生長基底轉(zhuǎn)移至該代替基底，并保 持該碳納米管陣列的形態(tài)仍能夠使該碳納米管結(jié)構(gòu)可以從該碳納米管陣列中連續(xù)地拉出； 以及從該代替基底上的碳納米管陣列拉取該碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)首尾 相連的碳納米管。
[0008] -種碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：提供一第一基底及一第二基底，該 第一基底表面具有碳納米管陣列，該碳納米管陣列的形態(tài)能夠使得一碳納米管結(jié)構(gòu)可以從 該碳納米管陣列中連續(xù)地拉出，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)首尾相連的碳納米管；將該碳納 米管陣列從該第一基底轉(zhuǎn)移至該第二基底，并保持該碳納米管陣列的形態(tài)仍能夠使該碳納 米管結(jié)構(gòu)可以從該碳納米管陣列中連續(xù)地拉出；以及從該第二基底上的碳納米管陣列拉取 該碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)首尾相連的碳納米管。
[0009] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述該碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法中，在生長階段與拉膜階段，碳 納米管陣列設(shè)置于不同基底，作為拉膜階段的基底可以選擇廉價(jià)材料制造，而較為昂貴的 生長基底可迅速回收，從而優(yōu)化了生產(chǎn)流程。因此，本發(fā)明的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法對于 碳納米管膜和線在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用具有極為重要的意義，能夠帶來實(shí)際的成本降低及生產(chǎn)方 式的變革。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明施例提供的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法的示意圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例從碳納米管陣列中拉取獲得的碳納米管膜的掃描電鏡照片。
[0012] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例從轉(zhuǎn)移至代替基底表面的碳納米管陣列中拉取碳納米管膜 的照片。
[0013] 主要元件符號說明
如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的碳納米管結(jié)構(gòu)的制備方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0015] 請參閱圖1，本發(fā)明提供一種碳納米管結(jié)構(gòu)40的制備方法，包括以下步驟： Sl，提供一代替基底30及一生長基底20,該生長基底20表面具有碳納米管陣列10,該 碳納米管陣列10的形態(tài)能夠使得一碳納米管結(jié)構(gòu)40可以從該碳納米管陣列10中連續(xù)地 拉出； 52, 將該碳納米管陣列10從該生長基底20轉(zhuǎn)移至該代替基底30,并保持該碳納米管陣 列10的形態(tài)仍能夠使該碳納米管結(jié)構(gòu)40從該碳納米管陣列10中連續(xù)地拉出；以及 53, 從該代替基底30上的碳納米管陣列10拉取該碳納米管結(jié)構(gòu)40。
[0016] 該碳納米管結(jié)構(gòu)40包括首尾相連的碳納米管，是由多個(gè)碳納米管通過范德華力 相互結(jié)合并首尾相連形成的宏觀結(jié)構(gòu)，例如碳納米管膜或碳納米管線。首先對生長于該生 長基底20且能夠從中拉取碳納米管膜40的碳納米管陣列10進(jìn)行介紹。
[0017] 該碳納米管陣列10為通過化學(xué)氣相沉積的方法生長在該生長基底20的表面。該 碳納米管陣列10中的碳納米管基本彼此平行且垂直于生長基底20表面，相鄰的碳納米管 之間相互接觸并通過范德華力相結(jié)合。通過控制生長條件，該碳納米管陣列10中基本不含 有雜質(zhì)，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。由于基本不含雜質(zhì)且碳納米管相互間緊 密接觸，相鄰的碳納米管之間具有較大的范德華力，足以使在拉取一些碳納米管(碳納米管 片段）時(shí)，能夠使相鄰的碳納米管通過范德華力的作用被首尾相連，連續(xù)不斷的拉出，由此 形成連續(xù)的自支撐宏觀結(jié)構(gòu)，如碳納米管膜或碳納米管線。這種能夠使碳納米管首尾相連 的從其中連續(xù)地拉出的碳納米管陣列10也稱為超順排碳納米管陣列10。該生長基底20的 材料可以為P型硅、N型硅或氧化硅等適合生長超順排碳納米管陣列10的基底。
[0018] 從碳納米管陣列10中連續(xù)地拉出的該碳納米管結(jié)構(gòu)40包括多個(gè)首尾相連的碳納 米管。更為具體的，該碳納米管結(jié)構(gòu)40為可以實(shí)現(xiàn)自支撐的碳納米管膜，該碳納米管膜包 括多個(gè)基本沿相同方向排列的碳納米管。請參閱圖2,在該碳納米管膜中碳納米管為沿同一 方向擇優(yōu)取向排列。所述擇優(yōu)取向是指在碳納米管膜中大多數(shù)碳納米管的整體延伸方向基 本朝同一方向。而且，所述大多數(shù)碳納米管的整體延伸方向基本平行于該碳納米管膜的表 面。進(jìn)一步地，所述碳納米管膜中多數(shù)碳納米管是通過范德華力首尾相連。具體地，所述碳 納米管膜中基本朝同一方向延伸的大多數(shù)碳納米管中每一碳納米管與在延伸方向上相鄰 的碳納米管通過范德華力首尾相連，從而使該碳納米管膜能夠?qū)崿F(xiàn)自支撐。當(dāng)然，所述碳納 米管膜中存在少數(shù)隨機(jī)排列的碳納米管，這些碳納米管不會(huì)對碳納米管膜中大多數(shù)碳納米 管的整體取向排列構(gòu)成明顯影響。進(jìn)一步地，所述碳納米管膜可包括多個(gè)連續(xù)且定向排列 的碳納米管片段。該多個(gè)碳納米管片段通過范德華力首尾相連。每一碳納米管片段包括多 個(gè)相互平行的碳納米管，該多個(gè)相互平行的碳納米管通過范德華力緊密結(jié)合。另外，所述碳 納米管膜中基本朝同一方向延伸的多數(shù)碳納米管并非絕對的直線狀，可以適當(dāng)?shù)膹澢?；?者并非完全按照延伸方向上排列，可以適當(dāng)?shù)钠x延伸方向。因此，不能排除碳納米管膜的 基本朝同一方向延伸的多數(shù)碳納米管中并列的碳納米管之間可能存在部分接觸而部分分 離的情況。實(shí)際上，該碳納米管膜具有較多間隙，即相鄰的碳納米管之間具有間隙，使該碳 納米管膜可以具有較好的透明度。然而，相鄰碳納米管之間接觸的部分以及首尾相連的碳 納米管之間連接的部分的范德華力已經(jīng)足夠維持該碳納米管膜整體的自支持性。該碳納米 管膜的厚度約為〇. 5納米至100微米，優(yōu)選為0. 5納米至10微米。當(dāng)具有較窄寬度時(shí)，該 碳納米管結(jié)構(gòu)40也可以是一可自支撐的碳納米管線。
[0019] 所述自支撐是該碳納米管膜或碳納米管線不需要大面積的載體支撐，而只要一邊 或相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀或線狀狀態(tài)，即將該碳納米管膜或 線置于(或固定于）間隔一定距離設(shè)置的兩個(gè)支撐體上時(shí)，位于兩個(gè)支撐體之間的碳納米管 膜或線能夠懸空保持自身膜狀或線狀狀態(tài)。所述自支撐主要通過碳納米管膜或線中存在連 續(xù)的通過范德華力首尾相連延伸排列的碳納米管而實(shí)現(xiàn)。
[0020] 所述能夠從中拉取碳納米管膜的碳納米管陣列10的制備方法已為眾多前案公 開，例如可參閱馮辰等人在2008年8月13日公開的中國專利申請CN101239712A。
[0021] 該代替基底30為固態(tài)，可以為柔性或硬質(zhì)基底。該代替基底30具有一表面，作為 設(shè)置該碳納米管陣列10的表面。將該碳納米管陣列10從該生長基底20轉(zhuǎn)移至該代替基 底30這一過程中，該碳納米管陣列10的形態(tài)應(yīng)基本得到保持，以仍能夠使該碳納米管結(jié)構(gòu) 40從中連續(xù)地拉出為準(zhǔn)，也就是仍保持為一超順排碳納米管陣列。
[0022] 在保持該碳納米管陣列10的形態(tài)的前提下，可以直接將該碳納米管陣列10平移 至該代替基底30表面。然而，更為優(yōu)選的是使該碳納米管陣列10倒立設(shè)置于該代替基底 30表面。也就是該碳納米管陣列10包括一第一表面102及與該第一表面102相對的第二 表面104。碳納米管從生長基底20的表面長出，形成碳納米管陣列10,碳納米管靠近該生 長基底20的一端為底端，遠(yuǎn)離生長基