一种大面积碳纳米管垂直阵列快速无损转移方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳纳米管阵列从生长基底上剥离并转移的方法，特别涉及一种大面积碳纳米管垂直阵列快速无损转移方法。
【背景技术】
[0002]碳纳米管垂直阵列由于其超强，超韧的力学性能，独特的场发射性能，导电，导热方面的优异性能，在近几年应用中具有潜在的，极大的工程意义。比如，原生的碳纳米管垂直阵列就可以直接作为场发射器件，各向异性导电材料，热界面材料，渗透膜，过滤膜材料，超级弹簧，灯丝，发热体，超强纤维，纳米刷，传感器等诸多功能材料；部分碳纳米管垂直阵列可以抽丝、抽膜，获得性能极为优异的碳纳米管纤维或薄膜。然而，碳纳米管垂直阵列大面积的使用一直受限于其易碎易裂的取向结构，以及不能从基底剥离下来独立自支撑使用的缺点。
[0003]为克服这个不足，研究者们发展出采用聚合物复合的方法填充碳纳米管垂直阵列，增强其力学性能，然后再将其剥离；或者将碳纳米管垂直阵列和需要转移的基底压合，采用银胶或者回流焊的方式转移至另一基底上。但聚合物的引入会使得碳纳米管垂直阵列导热，导电，场发射等性能大大下降；而压合回流焊的工艺复杂，成本高，而且经过压力阵列会有一定程度的压垮和坍缩，影响其实际的应用性能。所以目前还没有一个简单快捷的方法能实现将碳纳米管垂直阵列从生长基底上大面积转移至其他基底上。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种大面积碳纳米管垂直阵列快速无损转移方法，籍以将碳纳米管垂直阵列从生长基底上完整剥离并独立使用或者转移至其他应用基底上，从而克服现有技术中的不足。
[0005]为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案:
一种大面积碳纳米管垂直阵列快速无损转移方法，包括:
将形成于第一基底上的碳纳米管垂直阵列置于弱氧化氛围中进行刻蚀处理，从而切断所述碳纳米管垂直阵列中碳纳米管与第一基底的联系，使所述碳纳米管与第一基底分离，以及，将所述碳纳米管垂直阵列从所述第一基底上完整剥离，并转移到第二基底上。
[0006]进一步的，所述碳纳米管包括但不限于多壁碳纳米管，而其管径、高度等亦可因实际应用需求而定，例如，所述碳纳米管的管径可以为lnnTl50nm,高度可以为20μπΓ?αιι。
[0007]进一步的，在第一基底上形成所述碳纳米管垂直阵列的方式可选用但不限于镀膜法催化剂生长、浮动催化法生长或模板法催化剂生长等方式。
[0008]进一步的，所述弱氧化氛围可以选自但不限于干燥空气、含水气空气、纯氧气、氧等离子体环境等，而刻蚀处理温度优选在0°c到500°C之间，处理时间优选为0.5min至1min0
[0009]更为优选的，若所述弱氧化氛围选自干燥空气、含水气空气或纯氧气，则刻蚀处理的温度低于500°C ;而若所述弱氧化氛围选自氧等离子体环境，则刻蚀处理的温度低于200。。。
[0010]进一步的,所述第二基底可选自但不限于金属基底、无机非金属基底、聚合物基底坐寸O
[0011]例如，所述金属基底可选自但不限于铜、铝、不锈钢、镍、金、银等金属的箔片、板材和块材。
[0012]例如，所述无机非金属基底可选自但不限于各类玻璃、陶瓷等；
例如，所述聚合物基底可选自但不限于聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚四氟乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、一般纸张、各类布料等。
[0013]进一步的，所述第二基底表面可设置或未设置粘附层。
[0014]其中，所述粘附层可选自金属焊料层、金属键合层或胶黏剂层，且不限于此，例如，采用的粘附层可以是具有一定粘结性能的任意种类，包括但不限于环氧树脂类胶黏剂、聚氨酯类胶黏剂、聚氯乙烯类胶黏剂、聚酰亚胺类胶黏剂、双面胶、丙烯酸树脂类胶黏剂、压敏胶、特种功能胶黏剂(导电胶、导热胶等)、金属焊料、金属膜键合层等。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点至少在于:
(I)提供了一种能将碳纳米管垂直阵列从生长基底上完整分离下来并转移至其他基底上的简单快捷的方法，可实现大面积无损单/双面转移、粘结剂使用种类广泛，转移基底不限的优点，充分解决了碳纳米管垂直阵列力学性能较差，不能独立自支撑，不易从基底剥离使用等问题，还兼顾了碳纳米管垂直阵列具有的超强，超韧的力学性能，优良的导电，导热性能。
[0016](2)同时，本发明的转移方法简单，易于操作，可控性好，且成本低，在新能源、电子器件、薄膜制备、热管理、复合材料增强等领域有广泛应用前景。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本发明一典型实施方案中一种碳纳米管垂直阵列转移工艺流程图；
图2是实施例1中将碳纳米管垂直阵列从半个5英寸圆硅基底上完整剥离下来的照片;
图3是实施例2中使用导电银胶转移碳纳米管垂直阵列到铜基底后的照片；
图4是实施例2中使用导电银胶转移碳纳米管垂直阵列到铝基底后的照片；
图5是实施例3中使用聚氨酯胶转移碳纳米管垂直阵列到聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性膜后的照片；
图6是实施例3中使用环氧树脂导热胶转移碳纳米管垂直阵列到玻璃基底后的照片； 图7是实施例4中使用环氧树脂导热胶转移碳纳米管垂直阵列到编织布上的照片；
图8是实施例4中使用双面胶转移碳纳米管垂直阵列到白纸上的照片。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]如前所述，鉴于现有技术中的诸多不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其系一种大面积碳纳米管垂直阵列快速无损转移方法，其通过将形成于第一基底上的碳纳米管垂直阵列置于弱氧化氛围中进行刻蚀处理，从而切断所述碳纳米管垂直阵列中碳纳米管与第一基底的联系，进而使所述碳纳米管垂直阵列能够被简单的从所述第一基底上完整剥离，并可被方便的转移到第二基底上。
[0021]请参阅图1，在一较为典型的实施方案之中，该大面积碳纳米管垂直阵列快速无损转移方法可以包括如下步骤:
(1)通过化学气相沉积(CVD)法在基底上制备碳纳米管垂直阵列；
(2)将带有基底的碳纳米管垂直阵列在弱氧化氛围中进行刻蚀处理；
(3)将处理之后的碳纳米管垂直阵列从基底上完整剥离下来；
(4)在需要转移的目标基底上敷设粘结层；
(5)将碳纳米管垂直阵列完整贴合在需要转移的基底上；
更为具体的，该大面积碳纳米管垂直阵列快速无损转移方法可以按照如下过程实施:第一步，化学气相沉积法制备碳纳米管垂直阵列，包括多种制备方法，例如:(I)镀催化剂法:将表面有二氧化硅层和催化剂层(氧化铝过渡层+铁催化剂层)的基底放入化学气相沉积系统中，通入氩气做保护气，待温度升至600°C时通氢气还原Fe以及维持气氛中零自由基的比例，进一步升高温度至740°C，通乙烯为碳源，生长碳纳米管垂直阵列。(2)浮动辅助催化法:将基地放入化学气相沉积系统中，以甲苯为碳源，二茂铁为催化剂，配置4%的二茂铁/甲苯溶液，取10毫升溶液装入针筒中，经预热带气化后用推进器以5毫升每小时注射进化学气相沉积系统中，氩气做载体，用浮动辅助催化的方式在740°C下生长碳纳米管垂直阵列。
[0022]第二步，将带有基底的碳纳米管垂直阵列置于弱氧化氛围中进行处理，切断碳纳米管垂直阵列中单根碳纳米管与基底的联系，使二者发生分离，处理温度优选为0~500°C，尤其优选为25飞00°C，处理时间1~10分钟。将处理之后的碳纳米管垂直阵列缓慢从基底上完整剥离。
[0023]其中，优选的，弱氧化氛围可选自温度低于500°C的干燥空气、纯氧气、含水蒸汽的空气环境，或者温度低于20(TC的氧等离子体环境等。
[0024]本发明中于弱氧化环境下获得了自支撑碳纳米管垂直阵列，其中单根碳纳米管的管端由于碳碳键的曲率半径较小而具有较高的活性，因此被氧化程度高于管壁，容易获得打开的端口。同时，弱氧化环境对于管壁损伤较小，能够较好地保留碳纳米管的良好导电性、导热性和力学性能(例如，碳纳米管的拉曼光谱G/D比基本保持不变)，利于碳纳米管垂直阵列的进一步应用。并且，本发明的工艺中无需复杂的气体流量控制设备，因而可大幅降低制备成本第二步，选择目标基底，需要转移的目标基底可以是任意基底，例如:(I)金属基底:包括铜、铝、不锈钢、镍、金、银等金属的箔片、板材和块材；(2)无机非金属基底:包括各类玻璃、陶瓷；(3)聚合物基底:包括聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚四氟乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、三聚氰胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、一般纸张、各类布料等。
[0025]第四步，在目标基底表面敷设粘