纳米管膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种纳米管膜，尤其涉及一种由纳米管组成的纳米管膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 纳米材料在基础研究和实际应用，如催化、传感等方面有着很大价值。所以，制备 具有宏观结构的纳米材料成为研究的热点。
[0003] 目前，纳米材料的制备方法包括自发生长法（spontaneous growth)、模板合成法 (template-based synthesis)、平板印刷法（lithography)等。然而，上述方法制备的纳米 材料通常成粉末状而无法形成一自支撑结构，即该纳米材料需一支撑结构的支撑来保持一 特定形状，如线状或膜状。因此，限制了纳米材料的应用范围。
[0004] 现有技术提供一种碳纳米管膜结构的制备方法，请参见范守善等人于2007年2月 9日申请的，于2010年05月26日公告的第CN101239712B号中国公告专利申请"碳纳米管 膜结构及其制备方法"，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳）有限公司该方法通过生 长超顺排的碳纳米管阵列，并从该超顺排的碳纳米管阵列中拉伸获得一碳纳米管膜。该碳 纳米管膜，其由多个碳纳米管沿着碳纳米管的长度的方向首尾相连组成一个具有自支撑特 性的膜。然而，该碳纳米管膜中的碳纳米管之间通过范德华力相互连接，定向排列形成一 个自支撑结构。由于每一个碳纳米管是封闭结构，上述碳纳米管膜中在碳纳米管排列方向 上，碳纳米管通过范德华力首尾相连，使得该碳纳米管膜中存在大量的碳纳米管之间的连 接点，这些连接点仅存在范德华力，从而削弱了碳纳米管膜的性能，限制了其应用范围。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，提供一种由有序排列的纳米管组成的力学性能强的纳米管膜的制备方 法实为必要。
[0006] -种纳米管膜的制备方法，包括以下步骤： S1，提供一自支撑的碳纳米管膜结构，该碳纳米管膜结构包括多个碳纳米管有序排列 且通过范德华力相互连接； 52, 对上述碳纳米管膜结构悬空设置并进行表面处理，在多个碳纳米管的表面引入缺 陷； 53, 以所述表面处理后的碳纳米管膜结构为模板，采用原子层沉积法，在所述碳纳米管 膜结构中多个碳纳米管的表面生长一层纳米材料层；以及 54, 将生长有纳米材料层的碳纳米管膜结构进行退火处理，去除碳纳米管膜结构，形成 所述纳米管膜，所述纳米管膜包括多个纳米管，所述多个纳米管有序排列且相互连接形成 一自支撑结构，部分相邻的两个纳米管的连接处通过离子键结合。
[0007] 所述碳纳米管膜结构包括至少一碳纳米管膜，该至少一碳纳米管膜包括多个首尾 相连定向排列的碳纳米管，以及沿着该碳纳米管排列方向延伸的缝隙。
[0008] 所述纳米管膜结构包括多个相互交叉重叠的碳纳米管膜，相邻的碳纳米管膜交叉 构成了多个微孔。
[0009] 步骤Sl中进一步包括使用有机溶剂处理所述碳纳米管膜结构，从而形成具有更 大尺寸的微孔或缝隙。
[0010] 步骤S2中，对比碳纳米管膜结构进行表面处理引入缺陷的方法为对碳纳米管膜 结构的表面进行氧化处理，使得碳纳米管膜结构中的碳纳米管的表面结构被破坏，形成大 量悬挂键。
[0011] 所述碳纳米管膜结构的表面进行氧化通过氧等离子处理的方法进行。
[0012] 步骤S2中，对比碳纳米管膜结构进行表面处理引入缺陷的方法为在碳纳米管膜 结构表面进行积碳处理，使得碳纳米管膜结构的碳纳米管的表面形成一个非晶碳层。
[0013] 所述纳米管膜结构通过表面进行积碳处理的方法包括物理气相沉积法、化学气相 沉积法、喷涂法等中的一种或多种。
[0014] 所述步骤S3包括： S31，将所述碳纳米管膜结构的四周固定在一金属框上，使所述碳纳米管膜结构悬空设 置，然后放入原子层沉积系统的真空腔室中；以及 S32,通过载气向原子层沉积系统的真空腔室中多次交替通入金属有机化合物和水，在 所述碳纳米管膜结构的表面来生长金属氧化物纳米材料层。
[0015] 所述金属有机化合物为三甲基铝。
[0016] 步骤S4在有氧的环境中进行，退火温度在500摄氏度至1000摄氏度范围内。
[0017] 在所述碳纳米管膜结构中多个碳纳米管的表面生长一层纳米材料层的过程中，碳 纳米管膜结构悬空设置。
[0018] 在将生长有纳米材料层的碳纳米管膜结构进行退火处理的过程中，所述生长有纳 米材料层的碳纳米管膜结构悬空设置。
[0019] 相较于现有技术，由于本发明提供的纳米管膜的制备方法获得的纳米管膜中多个 纳米管有序排列且相互连接形成一自支撑结构，部分相邻的两个纳米管的连接处通过离子 键结合，能够充分发挥纳米管的力学、电学、热学等各方面性能，从而扩展了纳米管膜的应 用。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明第一实施例的纳米管膜的示意图。
[0021] 图2为本发明第一实施例的纳米管膜中的纳米管膜中的纳米管的结构示意图。
[0022] 图3为本发明第二实施例的纳米管膜的示意图。
[0023] 图4为本发明第一实施例或第二实施例的纳米管膜的制备方法流程图。
[0024] 图5为本发明第一实施例的纳米管膜的制备方法中用到的碳纳米管膜结构的扫 描电镜照片。
[0025] 图6为本发明第二实施例的纳米管膜的制备方法中用到的碳纳米管膜结构的扫 描电镜照片。
[0026] 图7为本发明的纳米结构的制备方法中，对碳纳米管膜结构进行氧等离子体处理 前，直接在其表面用原子层沉积法形成纳米材料层的扫描电镜照片。
[0027] 图8为本发明的纳米结构的制备方法中，对碳纳米管膜结构进行氧等离子体处理 后，在该碳纳米管膜结构表面用原子层沉积法形成纳米材料层的扫描电镜照片。
[0028] 图9为本发明的纳米结构的制备方法中，对碳纳米管膜结构进行积碳处理后的透 射电镜照片。
[0029] 图10为本发明的纳米结构的制备方法中，对碳纳米管膜结构进行表面积碳处理 前，直接在其表面用原子层沉积法形成纳米材料层的扫描电镜照片。
[0030] 图11为本发明的纳米结构的制备方法中，对碳纳米管膜结构进行表面积碳处理 后，直接在其表面用原子层沉积法形成纳米材料层的扫描电镜照片。
[0031] 图12为本发明第一实施例的纳米管膜的扫描电镜照片。
[0032] 图13为本发明第二实施例的纳米管膜的扫描电镜照片。
[0033] 图14为本发明第二实施例的纳米管膜拉力随位移的变化。
[0034] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述，参照附图。应理解，这些实施例 仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容 后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附 权利要求书所限定的范围。
[0036] 请参阅图1，本发明第一实施例提供一种纳米管膜10,其包括多个有序排列的纳 米管110。所述纳米管膜10为一宏观的层状结构，具有两个相对的表面，优选地，所述多个 纳米管110平行于