专利名称：制备碳纳米管膜的方法及制备该碳纳米管膜的拉伸装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制备碳纳米管膜的方法及制备该碳纳米管膜的拉伸装置。
背景技术：
碳纳米管具有特殊的性质，如高抗张强度和高热稳定性；随着碳纳米管螺旋方式 的变化，碳纳米管可呈现出金属性或半导体性等。由于碳纳米管具有理想的一维结构以及 在力学、电学、热学等领域优良的性质，其在材料科学、化学、物理学等交叉学科领域已展现 出广阔的应用前景，在科学研究以及产业应用上也受到越来越多的关注。虽然碳纳米管性能优异，具有广泛的应用，但是一般情况下制备得到的碳纳米管 为分散的颗粒状或粉末状，这对人们的应用造成了很多不便。碳纳米管膜是碳纳米管实际 应用的一种重要形式。具体地，碳纳米管膜已被研究用作场发射源、光电和生物传感器、透 明导电体、电池电极、吸波材料、水净化材料、发光材料等。这些应用研究的基础，是碳纳米 管膜的制备技术。现有技术中，碳纳米管膜的制备除可通过直接生长法获得以外，还包括用 碳纳米管粉末制备碳纳米管膜的方法，例如喷涂法，LB法等。直接生长法一般通过控制反 应条件，如以硫磺作为添加剂或设置多层催化剂等，通过化学气相沉积法直接生长得到碳 纳米管膜。喷涂法一般通过将碳纳米管粉末分散于水性溶液，并将该水性溶液涂覆于一基 材表面，经干燥后形成碳纳米管膜。LB法一般通过将一碳纳米管溶液混入另一具有不同密 度之溶液(如有机溶剂)中，利用分子自组装运动，碳纳米管浮出溶液表面形成碳纳米管膜 结构。然而，上述通过直接生长法生长的碳纳米管膜形成于生长基底表面，难于脱离生 长基底独立存在。上述通过喷涂法获得的碳纳米管膜中，碳纳米管往往容易聚集成团导致 薄膜厚度不均。上述通过LB法制备得到的碳纳米管膜一般为均勻网状结构，碳纳米管分散 均勻，不团聚。但是，上述三种方法制备的碳纳米管膜中，碳纳米管为无序排列，不利于充分 发挥碳纳米管沿轴向具有的各种优异性能，其应用仍然受到限制。另外，上述几种制备碳纳 米管膜的方法，均处于实验室阶段，试验条件要求较高，操作复杂，且无法实现连续化生产。范守善等人于2008年8月13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请揭 露了一种制备碳纳米管膜的方法，利用该方法制备的碳纳米管膜中，碳纳米管均勻分布且 有序排列，所述碳纳米管形成多个首尾相连且定向排列的碳纳米管片段。而且，所述碳纳米 管膜的制备方法简单，采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中获取一定宽度的多个碳纳米管， 然后再往远离所述碳纳米管阵列的方向移动即可将碳纳米管从阵列中连续拉出，从而获得 碳纳米管膜。因此，所述碳纳米管膜的制备方法适用于大批量生产碳纳米管膜。然而，在上述方法仅揭示采用一胶带作为拉伸工具接触碳纳米管阵列，难于控制 该拉伸工具与碳纳米管阵列的接触面积，容易造成胶带与碳纳米管阵列的接触面积较小， 使得所述拉伸工具在拉膜的过程中，很容易和碳纳米管膜脱离，不利于连续制备碳纳米管 膜。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种制备碳纳米管膜的方法及制备该碳纳米管的拉伸装 置，该方法利于连续制备碳纳米管膜，该拉伸装置能够增加与所述碳纳米管阵列接触面积。一种制备碳纳米管膜的方法，其包括如下步骤提供 一形成于一基底上的碳纳米 管阵列，该碳纳米管阵列包括多个碳纳米管基本垂直于所述基底表面；提供一拉伸装置，该 拉伸装置具有一接触面，该接触面上设置有黏胶；将该拉伸装置靠近所述基底，并使所述接 触面相对于碳纳米管阵列中的碳纳米管倾斜，使所述黏胶与碳纳米管阵列中的多个碳纳米 管接触；沿远离所述碳纳米管阵列的方向移动所述拉伸装置，使碳纳米管首尾相连地从碳 纳米阵列中连续地被拉出，从而获得一碳纳米管膜。一种制备碳纳米管膜的方法，其包括如下步骤提供一形成于一基底上的碳纳米 管阵列，该碳纳米管阵列包括多个碳纳米管基本垂直于所述基底表面；提供一拉伸装置，该 拉伸装置具有一接触面，该接触面上设置有黏胶；将该拉伸装置靠近所述基底，并使所述接 触面上的所述黏胶与碳纳米管阵列中的多个碳纳米管接触，并使该多个碳纳米管相对于基 底表面倾斜；沿远离所述碳纳米管阵列的方向移动所述拉伸装置，使碳纳米管首尾相连地 从碳纳米阵列中连续地被拉出，从而获得一碳纳米管膜。一种拉伸装置，其用于从形成于一基底的一碳纳米管阵列中拉出碳纳米管膜。该 碳纳米管阵列包括多个基本垂直于所述基底表面的碳纳米管。所述拉伸装置具有一接触 面，该接触面用于与碳纳米管阵列接触并向碳纳米管阵列倾斜，该接触面上设置有黏附所 述碳纳米管的一黏胶。一种拉伸装置，其用于从形成于一基底的一碳纳米管阵列中拉取碳纳米管膜。该 碳纳米管阵列包括多个基本垂直于所述基底表面的碳纳米管。所述拉伸装置具有一接触 面，该接触面用于与碳纳米管阵列接触，并向碳纳米管阵列倾斜，该接触面对所述碳纳米管 具有粘性。与现有技术相比，本发明提供的制备碳纳米管膜的方法，其拉伸装置在拉伸所述 碳纳米管膜时，该拉伸装置的接触面相对于碳纳米管阵列中的碳纳米管倾斜，使靠近该碳 纳米管阵列外侧的多排碳纳米管倾斜并黏附在所述黏胶上。从而能够增大所述拉伸装置与 该碳纳米管阵列的接触面积，利于连续制备碳纳米管膜。
图1是本发明第一实施例所提供的拉伸装置的结构示意2是图1中的拉伸装置靠近碳纳米管阵列时的结构示意图。图3是图1中的拉伸装置接触碳纳米管阵列时的结构示意图。图4是本发明第二实施例所提供的拉伸装置的结构示意图。图5是图4中的拉伸装置接触碳纳米管阵列时的结构示意6是本发明第一实施例所提供的制备碳纳米管膜的方法的流程示意图。图7是本发明第二实施例所提供的制备碳纳米管膜的方法的流程示意图。
具体实施例方式以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的制备碳纳米管膜的方法及制备该碳纳米管膜的拉伸装置。请参阅图1至图3，本发明第一实施例提供一种拉伸装置100，所述拉伸装置100 用于从形成于一基底210的一碳纳米管阵列200中获取碳纳米管膜。该碳纳米管阵列200 包括多个基本垂直于所述基底210表面的碳纳米管220，且该多个垂直于基底210表面的碳 纳米管220以阵列方式排列。所述拉伸装置100包括一本体110及一黏胶120。该本体110包括靠近所述碳纳 米管阵列200的一接触面111、与所述接触面111相连的一底面112、与所述底面112相对 的一顶面113及位于所述底面112与顶面113之间的三个侧面114，所述接触面111具有靠 近所述基底210的一交界线115，所述交界线115在拉膜时为碳纳米管膜与接触面111的 相交线。所述顶面113与侧面114的形状不限，所述底面112为一平面，其平行于所述基底 210。所述接触面111用于与所述碳纳米管阵列200接触，其形状不限，且其远离底面112 的一端至底面112的高度大于碳纳米管阵列200的高度，优选地，所述接触面111为一平面 或一柱面，当该接触面111为平面时，其与底面112的夹角a大于90度小于180度。在本 实施例中，所述本体110为一倒立的梯台，结构简单，利于加工。所述接触面111即为该梯 台靠近所述碳纳米管阵列200的侧面。所述交界线115为一直线，平行于所述基底210，从 而保证该拉伸装置100与所述碳纳米管阵列200接触时，具有一齐整的拉伸界面。所述黏胶120设置在所述接触面111上，用于黏附所述碳纳米管阵列200中的多 个碳纳米管220。该黏胶120可以通过在所述接触面111上涂覆胶水等粘结剂或贴设胶布 而形成，也可以通过设置其他对碳纳米管220具有黏附性的物质而形成。可以理解，在本实 施例中，还可以在所述梯台与所述接触面111相对的侧面上也设置所述黏胶120，从而使该 拉伸装置100可以使用两次。本领域技术人员可以理解，虽然定义本体110中接触面111及交界线115与所述 碳纳米管阵列200接触，但实际上接触该碳纳米管阵列200的为设置在所述接触面111及 交界线115的黏胶120。然，所述黏胶120厚度较薄且依附于该接触面111存在，因此，为方 便理解，将所述接触面111定义为本体110上，而非黏胶。该接触面111及黏胶120也可以 理解为带有粘性的接触面111。所述拉伸装置100在使用时，移动所述本体110，使该底面112与基底210平行， 且使所述接触面111接触所述碳纳米管阵列200，从而使所述黏胶120黏附多个碳纳米管 220。沿垂直于所述交界线115的方向移动该本体110，即可获取所述碳纳米管膜。可以理解，所述接触面111不仅黏附有该碳纳米管阵列200最外侧一排碳纳米管 220，还黏附有被所述接触面111压挤而倾斜的多排碳纳米管220，使所述接触面111与所述 碳纳米管阵列200的接触面积增大，使得所述拉伸工具100在拉膜的过程中，难以与碳纳米 管膜脱离。且所述交界线115为一直线，能够使该碳纳米管膜被拉伸时受力均勻。使该拉 伸装置100从碳纳米管阵列200拉取碳纳米管膜更均勻。请参阅图4及图5，本发明第二实施例提供一种拉伸装置300，其用于从一形成于 一基底410的碳纳米管阵列400中获取碳纳米管膜。该碳纳米管阵列400包括多个基本垂 直于所述基底410表面的碳纳米管420，且该多个垂直于基底410表面的碳纳米管420以阵 列方式排列。所述拉伸装置300包括一本体310及一黏胶320。所述本体310包括一接触面311，该接触面311具有靠近基底410的交界线312，该交界线312平行于所述基底410。所 述黏胶320设置在所述接触面311上。本发明实施例的拉伸装置300与第一实施例中的拉伸装置200的结构与工作原理 基本相同，其主要区别在于，所述拉伸装置300的本体310为一便于加工的圆柱体。所述接 触面311为该圆柱体柱面的一部分，从而使所述黏胶320所能黏附到的碳纳米管420数量 也比平面更多，所述交界线312为该圆柱体靠近基底410的侧边。在本实施例中，该拉伸装 置400在使用时，该圆柱体的轴线与所述基底410平行，且该圆柱体的半径大于该碳纳米管 阵列200的高度。请参阅图6，本发明第一实施例提供的一种制备碳纳米管膜的方法，其包括如下步骤。
步骤S101，提供一形成于一基底上的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括多个碳 纳米管基本垂直于所述基底表面。步骤S102，提供一拉伸装置，该拉伸装置具有一接触面，该接触面上设置有黏胶。 在本实施例中，所述拉伸装置进一步包括一底面，该底面与接触面相连的边为直线。通过 外部定位的方式使所述底面与基底具有一间隙，即所述底面在工作时始终不与所述基底接 触，防止获取到的碳纳米管膜与基底接触并黏附在基底上。当然，所述拉伸装置也可以为一 圆柱体，此时，所述接触面为圆柱体柱面的一部分。步骤S103，将该拉伸装置靠近所述基底，并使所述接触面相对于碳纳米管阵列中 的碳纳米管倾斜，使所述黏胶与碳纳米管阵列中的多个碳纳米管接触。在本实施例中，所述 拉伸装置的底面平行靠近基底表面，且所述底面与基底之间始终具有一间隙，以防止所述 接触面上的黏胶接触基底，而将所述基底上的其他物质如催化剂黏附。使该接触面与所述 碳纳米管阵列中的多个碳纳米管接触，可以理解，处于所述底面与基底之间的碳纳米管将 被所述底面压倒倾斜，从而与即将拉伸出来的碳纳米管膜分离。当所述拉伸装置为一圆柱 体时，将所述圆柱体平行地靠近基底表面，使该圆柱体上的接触面与碳纳米管阵列中的多 个碳纳米管接触。步骤S104，沿远离所述碳纳米管阵列的方向移动所述拉伸装置，使碳纳米管首尾 相连地从碳纳米阵列中连续地被拉出，从而获得一碳纳米管膜。所述拉伸装置的移动方向 与所述基底表面的夹角不大于50度，其移动速度在0. 001米每秒到0. 1米每秒之间，其拉 伸所述碳纳米管膜的力小于1牛顿，以保证所述碳纳米管膜的均勻性。请参阅图7，本发明第二实施例提供的一种制备碳纳米管膜的方法，其包括如下步骤。步骤S201，提供一形成于一基底上的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括多个碳 纳米管基本垂直于所述基底表面。步骤S202，提供一拉伸装置，该拉伸装置具有一接触面，该接触面上设置有黏胶。步骤S203，将该拉伸装置靠近所述基底，并使所述接触面上的所述黏胶与碳纳米 管阵列中的多个碳纳米管接触，并使该多个碳纳米管相对于基底表面倾斜。在本实施例中， 将该拉伸装置的接触面靠近碳纳米管阵列并与碳纳米管阵列的多个碳纳米管接触时，使该 接触面的顶部对应该多个碳纳米管的远离基底的一端，该接触面的底部对应该多个碳纳米 管的靠近基底的一端，并且使该多个碳纳米管的远离基底的一端相对于靠近基底的一端产生较大倾斜。步骤S204，沿远离所述碳纳米管阵列的方向移动所述拉伸装置，使碳纳米管首尾 相连地从碳纳米阵列中连续地被拉出，从而获得一碳纳米管膜。所述制备碳纳米管膜的方法，其拉伸装置在拉伸所述碳纳米管膜时，该拉伸装置 的接触面相对于碳纳米管阵列中的碳纳米管倾斜，使靠近该碳纳米管阵列外侧的多排碳纳 米管倾斜并黏附在所述黏胶上。从而能够增大所述拉伸装置与该碳纳米管阵列的接触面 积，使得所述拉伸工具在拉膜的过程中，不容易和碳纳米管膜脱离，利于连续制备碳纳米管 膜。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精 神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
一种制备碳纳米管膜的方法，其包括如下步骤提供一形成于一基底上的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括多个碳纳米管基本垂直于所述基底表面；提供一拉伸装置，该拉伸装置具有一接触面，该接触面上设置有黏胶；将该拉伸装置靠近所述基底，并使所述接触面相对于碳纳米管阵列中的碳纳米管倾斜，使所述黏胶与碳纳米管阵列中的多个碳纳米管接触；沿远离所述碳纳米管阵列的方向移动所述拉伸装置，使碳纳米管首尾相连地从碳纳米阵列中连续地被拉出，从而获得一碳纳米管膜。
2.如权利要求1所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸装置为一圆柱 体，所述接触面为圆柱体柱面的一部分，此时，将所述圆柱体平行地靠近基底表面，使该圆 柱体上的接触面与碳纳米管阵列中的多个碳纳米管接触。
3.如权利要求1所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸装置进一步包 括一底面，该底面与接触面相连的边为直线，此时以底面平行靠近基底表面，并使该接触面 与所述碳纳米管阵列中的多个碳纳米管接触。
4.如权利要求1所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸装置与所述基 底具有一间隙。
5.如权利要求1所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸装置的移动方 向与所述基底表面的夹角不大于50度。
6.如权利要求1所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述所述拉伸装置的移 动速度在0.001米每秒到0. 1米每秒之间。
7.如权利要求1所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸装置拉伸所述 碳纳米管膜的力小于1牛顿。
8.如权利要求1所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述接触面沿垂直于所 述基底的高度大于所述碳纳米管阵列的高度。
9.如权利要求1所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述接触面靠近所述基 底的边为与所述碳纳米管膜相交形成一交界线，该交界线为一直线。
10.如权利要求9所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述交界线平行于所述 基底。
11.如权利要求10所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸装置靠近所 述基底一侧进一步包括一底面，该底面与所述基底平行，所述底面与所述接触面相交于所 述交界线。
12.—种制备碳纳米管膜的方法，其包括如下步骤提供一形成于一基底上的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括多个碳纳米管基本垂直 于所述基底表面；提供一拉伸装置，该拉伸装置具有一接触面，该接触面上设置有黏胶；将该拉伸装置靠近所述基底，并使所述接触面上的所述黏胶与碳纳米管阵列中的多个 碳纳米管接触，并使该多个碳纳米管相对于基底表面倾斜；沿远离所述碳纳米管阵列的方向移动所述拉伸装置，使碳纳米管首尾相连地从碳纳米 阵列中连续地被拉出，从而获得一碳纳米管膜。
13.如权利要求12所述的制备碳纳米管膜的方法，其特征在于，将该拉伸装置的接触 面靠近碳纳米管阵列并与碳纳米管阵列的多个碳纳米管接触时，使该接触面的顶部对应该 多个碳纳米管的远离基底的一端，该接触面的底部对应该多个碳纳米管的靠近基底的一 端，并且使该多个碳纳米管的远离基底的一端相对于靠近基底的一端产生较大倾斜。
14.一种拉伸装置，其用于从形成于一基底的一碳纳米管阵列中拉出碳纳米管膜，该碳 纳米管阵列包括多个基本垂直于所述基底表面的碳纳米管，其特征在于，所述拉伸装置具 有一接触面，该接触面用于与碳纳米管阵列接触并向碳纳米管阵列倾斜，该接触面上设置 有黏附所述碳纳米管的一黏胶。
15.如权利要求14所述的拉伸装置，其特征在于，所述接触面为平面或曲面。
16.如权利要求14所述的拉伸装置，其特征在于，所述拉伸装置包括一圆柱体，所述接 触面为所述圆柱体柱面的一部分。
17.—种拉伸装置，其用于从形成于一基底的一碳纳米管阵列中拉取碳纳米管膜，该碳 纳米管阵列包括多个基本垂直于所述基底表面的碳纳米管，其特征在于，所述拉伸装置具 有一接触面，该接触面用于与碳纳米管阵列接触，并向碳纳米管阵列倾斜，该接触面对所述 碳纳米管具有粘性。
全文摘要
本发明涉及一种制备碳纳米管膜的方法，其包括如下步骤提供一形成于一基底上的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列包括多个碳纳米管基本垂直于所述基底表面；提供一拉伸装置，该拉伸装置具有一接触面，该接触面上设置有黏胶；将该拉伸装置靠近所述基底，并使所述接触面相对于碳纳米管阵列中的碳纳米管倾斜，使所述黏胶与碳纳米管阵列中的多个碳纳米管接触；沿远离所述碳纳米管阵列的方向移动所述拉伸装置，使碳纳米管首尾相连地从碳纳米阵列中连续地被拉出，从而获得一碳纳米管膜。本发明提供的制备碳纳米管膜的方法，利于连续制备碳纳米管膜。本发明还提供了一种制备该碳纳米管膜的拉伸装置。
文档编号C01B31/02GK101863462SQ20091010677
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月20日 优先权日2009年4月20日
发明者冯辰, 刘亮, 姜开利, 范守善 申请人:清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司