一种粘结方法与流程

本发明涉及一种粘结方法，尤其是一种采用碳纳米管结构对物体进行粘结的方法。

背景技术：

现有技术中一般采用双面胶或胶粘剂将物体之间进行粘结。然而，现有的粘结方法一般适用的温度范围很窄，当处于高温环境或者低温环境时，粘结剂会失去粘性。

技术实现要素：

有鉴于此，确有必要提供一种粘结方法，采用该粘结方法所粘结的物体在高温和低温下均可以保持良好的稳定性。

一种粘结方法，其包括以下步骤：

提供一第一待粘结物，该第一待粘结物包括一第一待粘结面，该第一待粘结面的表面粗糙度小于等于1.0微米；

将一碳纳米管结构铺设在所述第一待粘结面上，该碳纳米管结构包括至少一层超顺排碳纳米管膜，该超顺排碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管基本朝同一方向延伸，且该多个碳纳米管的延伸方向基本平行于超顺排碳纳米管膜的表面；

提供一第二待粘结物，该第二待粘结物包括一第二待粘结面，将该第二待粘结面覆盖并接触所述碳纳米管结构，使所述碳纳米管结构位于所述第一待粘结物与第二待粘结物之间，该第二待粘结面的表面粗糙度小于等于1.0微米；以及

施加一压力于所述第一待粘结物和一第二待粘结物，进而粘结所述第一待粘结物和一第二待粘结物。

一种粘结方法，其包括以下步骤：

提供一第一待粘结物，该第一待粘结物包括一第一待粘结面，该第一待粘结面为一光滑表面；

将一碳纳米管结构铺设在所述第一待粘结面上，该碳纳米管结构由多个碳纳米管组成，该多个碳纳米管首尾相连且沿同一方向延伸，且延伸方向平行于碳纳米管结构的表面，所述多个碳纳米管通过范德华力相互连接；

提供一第二待粘结物，该第二待粘结物包括一第二待粘结面，且该第二待粘结面为一光滑表面，将该第二待粘结面覆盖并接触所述碳纳米管结构，使所述碳纳米管结构位于所述第一待粘结物与第二待粘结物之间；以及

施加一压力于所述第一待粘结物和一第二待粘结物，进而粘结所述第一待粘结物和一第二待粘结物。

与现有技术相比较，由本发明提供的粘结方法具有以下优点，该碳纳米管结构仅通过范德华力使第一待粘结物和第二待粘结物很好的粘结在一起，由于范德华力受温度影响较小，因此所述粘结方法的使用温度范围较大，例如在-196℃～1000℃的范围内均可以使第一待粘结物和第二待粘结物之间很好的粘结。

附图说明

图1为本发明实施例提供的粘结方法的流程图。

图2为本发明实施例提供的粘结方法的的过程的示意图。

图3为本发明实施例提供的超顺排碳纳米管膜的扫描电子显微镜照片。

图4为本发明实施例提供的粘结方法中碳纳米管结构包括多层超顺排碳纳米管膜时的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的碳纳米管结构包括8层超顺排碳纳米管膜时的扫描电子显微镜照片。

图6为本发明实施例提供的碳纳米管结构包括50层超顺排碳纳米管膜时的扫描电子显微镜照片。

图7为本发明实施例提供的碳纳米管结构的张力随拉伸长度的变化曲线。

图8为本发明实施例提供的硅片表面张力随碳纳米管结构中超顺排碳纳米管层数的变化曲线。

图9为本发明实施例提供的硅片表面张力随施加压力的变化曲线。

主要元件符号说明

第一待粘结物10

第一待粘结面100

碳纳米管结构20

第二待粘结物30

第二待粘结面300

具体实施方式

请参阅图1和2，本发明第一实施例提供一种粘结方法，包括以下步骤：

s1：提供一第一待粘结物10，该第一待粘结物10包括一第一待粘结面100，该第一待粘结面100为光滑平面；

s2：将一碳纳米管结构20铺设在所述第一待粘结面100，该碳纳米管结构20包括至少一层超顺排碳纳米管膜，该超顺排碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管基本朝同一方向延伸，且该多个碳纳米管的延伸方向基本平行于超顺排碳纳米管膜的表面；

s3：提供一第二待粘结物30，该第二待粘结物30包括一第二待粘结面300，且该第二待粘结面300为光滑表面，将该第二待粘结面300覆盖并接触所述碳纳米管结构20，使所述碳纳米管结构20位于所述第一待粘结物10与第二待粘结物30之间；以及

s4：施加一压力于所述第一待粘结物10和一第二待粘结物20，进而粘结所述第一待粘结物10和一第二待粘结物30。

步骤s1中，所述第一待粘结物10的材料和形状不限。可以为规则的形状也可以为不规则的形状。所述规则的形状包括正方体、长方体、圆锥或圆柱等。所述第一待粘结物10的材料可以为玻璃、石英片、硅片、pet片等等。所述第一待粘结面100可以为平面，也可以为弯曲表面。本发明中的所述碳纳米管结构20和第一待粘结表面100之间仅通过范德华力粘结在一起，如果第一待粘结表面100的表面粗糙度太大或者不干净，均会降低碳纳米管结构20与第一待粘结表面100之间的范德华力，进而影响碳纳米管结构20与第一待粘结表面100之间的粘结力。所述第一待粘结面100优选为干净的光滑平面。所述干净的光滑平面是指表面几乎不含或者完全不含任何杂质、灰尘等且表面粗糙度较小。优选的，所述第一待粘结面100的表面粗糙度小于等于1.0微米。更优选的，所述第一待粘结面100的表面粗糙度小于等于0.1微米。当第一待粘结表面100为干净的光滑表面且表面粗糙度小于等于1.0微米时，碳纳米管结构20和第一待粘结表面100之间的范德华力较大，进而提高第一待粘结物10和碳纳米管结构20之间的粘结力。本实施例中，所述第一待粘结物10为一边长为7毫米的正方形硅片。

步骤s2中，请参阅图3，所述超顺排碳纳米管膜中的多个碳纳米管基本朝同一方向延伸是指超顺排碳纳米管膜中大多数碳纳米管的延伸方向朝同一方向，仅存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对超顺排碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向构成明显影响，该少数随机排列的碳纳米管可以忽略。所述超顺排碳纳米管膜中的多个碳纳米管是通过范德华力首尾相连。进一步地，所述超顺排碳纳米管膜中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。所述超顺排碳纳米管膜中的多个碳纳米管为纯碳纳米管，纯碳纳米管是指碳纳米管未经过任何物理、化学等修饰，碳纳米管的表面纯净(纯净度达到99.9％以上)，基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。因此，所述碳纳米管结构中不含有有机溶剂，对环境基本上没有污染。

所述超顺排碳纳米管膜为一自支撑结构，所谓自支撑是指超顺排碳纳米管膜无需其它基体支撑，可自支撑保持一膜的形态。因此，所述超顺排碳纳米管膜可直接铺设于所述第一待粘结表面100上，并与该第一待粘结表面100贴合设置。

请参阅图4～6，当所述碳纳米管结构20包括至少两层超顺排碳纳米管膜时，该至少两层超顺排碳纳米管膜重叠且平行设置。相邻两个超顺排碳纳米管膜之间通过范德华力紧密连接。该至少两层超顺排碳纳米管膜中每层超顺排碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向与其它层超顺排碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向基本相同。

当所述碳纳米管结构20包括一层所述超顺排碳纳米管膜时，将所述碳纳米管结构20铺设在所述第一待粘结表面100包括：步骤s21，提供一超顺排碳纳米管阵列；以及步骤s22，采用一拉伸工具从所述超顺排碳纳米管阵列中拉取所述超顺排碳纳米管膜，将该超顺排碳纳米管膜直接铺设在所述第一待粘结表面100上。步骤s22具体包括以下步骤：步骤s221，从所述超顺排碳纳米管阵列中选定一定宽度的多个碳纳米管片断；以及步骤s222，以一定速度沿基本垂直于所述超顺排碳纳米管阵列生长方向拉伸该多个碳纳米管片断，以形成一连续的超顺排碳纳米管膜，将该超顺排碳纳米管膜直接铺设在所述第一待粘结表面100。

当所述碳纳米管结构20包括至少两层超顺排碳纳米管膜时，将所述碳纳米管结构20直接铺设在所述第一待粘结表面100的方法进一步包括一在步骤s222中的超顺排碳纳米管膜的表面直接重叠且平行铺设至少一层所述超顺排碳纳米管膜的步骤。

可以理解，也可以预先形成所述碳纳米管结构20后再将该碳纳米管结构20铺设于所述第一待粘结表面100。其具体可包括以下步骤：提供一支撑结构；将一层所述超顺排碳纳米管膜或至少两层超顺排碳纳米管膜重叠且平行设置于该支撑结构的表面形成一碳纳米管结构20；将该碳纳米管结构20从该支撑结构上取下，铺设于所述第一待粘结表面100。可以理解，所述支撑结构可以为一基底，也可以为一框架结构。当支撑结构为一框架结构时，碳纳米管结构20可部分悬空，此时可直接将悬空的碳纳米管结构20直接铺设于第一待粘结表面100上，再将该框架结构的支撑结构去除。

步骤s21中的所述超顺排碳纳米管阵列中的碳纳米管纯净且碳纳米管长度较长，一般大于300微米。所述超顺排碳纳米管阵列的制备方法不限，可以为化学气相沉积法、电弧放电制备方法或气溶胶制备方法等。本实施例中，所述超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：(a)提供一基底，该基底可选用p型硅基底、n型硅基底或形成有氧化层的硅基底等；(b)在基底表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(fe)、钴(co)、镍(ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的基底在700～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d)将处理过的基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500～740℃，然后通入碳源气体反应约5～30分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列，其高度为200～400微米。本实施例中碳源气可选用乙炔等化学性质较活泼的碳氢化合物，保护气体可选用氮气、氨气或惰性气体。所述超顺排碳纳米管阵列的制备方法可以参见中国专利cn1483668a。采用上述方法生长出的超顺排碳纳米管阵列中，碳纳米管表面纯净，不含杂质或者几乎不含杂质，因此，碳纳米管表面具有较强的范德华力。

可选择地，步骤s2进一步包括一步骤s23，步骤s23包括：对所述超顺排碳纳米管膜进行拉伸。即在步骤s22得到所述超顺排碳纳米管膜之后，采用一拉伸工具沿所述超顺排碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向继续将该超顺排碳纳米管膜拉伸一定的长度。优选的，该拉伸的长度为1～3毫米。更优选的，该拉伸的长度为3毫米。该拉伸的步骤可以使超顺排碳纳米管膜中随机排列的一些碳纳米管的延伸方向与大多数碳纳米管的延伸方向一致，使超顺排碳纳米管膜的表面更光滑。请参阅图7，分别采用没有拉伸的10层超顺排碳纳米管膜形成的碳纳米管结构，拉伸1毫米的10层超顺排碳纳米管膜形成的碳纳米管结构、拉伸2毫米的10层超顺排碳纳米管膜形成的碳纳米管结构、拉伸3毫米的10层超顺排碳纳米管膜形成的碳纳米管结构，以及拉伸4毫米的10层超顺排碳纳米管膜形成的碳纳米管结构粘结两个边长为7毫米的正方形硅片，拉伸之前碳纳米管结构的长度均为174mm，从图中可以看出，当拉伸的距离小于3毫米时，即当拉伸的长度与超顺排碳纳米管膜原始长度的百分比小于0.57时，两个硅片之间的粘结力随着拉伸长度的增加而增大，而当拉伸距离大于3毫米时，即当拉伸的长度与超顺排碳纳米管膜原始长度的百分比大于0.57时两个硅片之间的粘结力随着拉伸长度的增加而减小。

所述碳纳米管结构20中超顺排碳纳米管膜的层数不限，可以根据实际需要进行选择。优选的，所述碳纳米管结构20中超顺排碳纳米管膜的层数为5～30层。更优选的，所述超顺排碳纳米管膜的层数为10～15层。请参阅图8，分别采用由1层、2层、4层、6层、8层、10层、12层、15层、30层超顺排碳纳米管膜10组成的碳纳米管结构作为双面胶粘结两个边长为7毫米的正方形硅片，从图中可以看出，当两个硅片之间没有碳纳米管结构20时，两个硅片完全没有粘结力；随着碳纳米管结构20中超顺排碳纳米管膜的层数增加，两个硅片之间的粘结力增加，当碳纳米管结构20中超顺排碳纳米管膜层数大于15层之后，粘结力随超顺排碳纳米管膜的层数增加的速率减慢。本实施例中，所述碳纳米管结构20包括10层超顺排碳纳米管膜重叠且平行设置。

步骤s3中，可以理解，在同一实施例中，第二待粘结物30的形状可以与第一待粘结物10的形状相同，也可以不同；第二待粘结物30的材料可以与第一待粘结物10的材料相同，也可以不同。所述第二待粘结面300可以为平面，也可以为弯曲表面。所述碳纳米管结构20和第二待粘结表面300之间仅通过范德华力粘结在一起，如果第二待粘结表面300的表面粗糙度太大或者不干净，均会降低碳纳米管结构20与第二待粘结表面300之间的范德华力，进而影响碳纳米管结构20与第二待粘结表面300之间的粘结力。所述第二待粘结面300优选为干净的光滑平面。所述干净的光滑平面是指表面几乎不含或者完全不含任何杂质、灰尘等且表面粗糙度较小。优选的，所述第二待粘结面300的表面粗糙度小于等于1.0微米。更优选的，所述第二待粘结面300的表面粗糙度小于等于0.1微米。当第二待粘结表面300为干净的光滑表面且表面粗糙度小于等于1.0微米时，碳纳米管结构20和第一待粘结表面100之间的范德华力较大，进而提高第二待粘结物30和碳纳米管结构20之间的粘结力。本实施例中，所述第二待粘结物30所包括的形状和材料与第一待粘结物10所包括的形状和材料相同。

步骤s4中，所述压力的大小根据所述第一待粘结物10和第二待粘结物30的体积，第一待粘结面100和第二待粘结面300的面积等实际需要设定。优选的，所述压力的大小为10～20n。

请参阅图9，采用由10层超顺排碳纳米管膜组成的碳纳米管结构作为双面胶粘结两个边长为7毫米的正方形硅片，施加不同的压力于两个边长为7毫米的正方形硅片，由图中可以看出，随着施加压力的增加，两个硅片的粘结力增大。

本发明本发明第二实施例提供一种粘结方法，本实施例中的粘结方法与第一实施例中的粘结方法基本上相同，其不同仅在于，本实施例中步骤s2中的碳纳米管结构由至少一层超顺排碳纳米管膜组成，且该超顺排碳纳米管膜由多个基本朝同一方向延伸的碳纳米管组成。

本发明第三实施例提供一粘结方法，本实施例中的粘结方法与第一实施例中的粘结方法基本上相同，其不同仅在于，本实施例中步骤s2中的碳纳米管结构由多个碳纳米管组成，该多个碳纳米管首尾相连且沿同一方向延伸，且延伸方向平行于碳纳米管结构的表面，所述多个碳纳米管通过范德华力相互连接。

本实施例中的多个碳纳米管为纯碳纳米管，纯碳纳米管是指碳纳米管未经过任何物理、化学等修饰，碳纳米管的表面纯净(纯净度达到99.9％以上)，基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。

本发明提供的粘结方法具有很多优点：

第一，所述碳纳米管结构仅通过范德华力将第一待粘结物和第二待粘结物粘结在一起。温度对范德华力的影响很小，因此，所述碳纳米管结构在高温和低温下仍然具有很好的粘性，进而使所述该粘结方法的应用温度范围较广。而且，由于所述超顺排碳纳米管膜中的碳纳米管的表面纯净，基本不含有无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等，所以该超顺排碳纳米管膜具有很高的热稳定性，即使在很高的温度下也不易氧化。优选的，所述粘结方法的应用温度范围为-196℃～1000℃。

第二，由于碳纳米管结构中超顺排碳纳米管膜中的碳纳米管非常纯净，且由于碳纳米管本身的比表面积非常大，所以该超顺排碳纳米管膜本身具有较强的粘性，由其形成的碳纳米管结构也具有很强的粘性，因此该粘结方法可以很好的粘结和固定物体。

第三，该粘结方法中，由于所述碳纳米管结构仅通过范德华力将第一粘结物和第二粘结物粘结在一起，当粘结在一起的第一粘结物和第二粘结物之间需要分开时，只需要施加一定的力即可，该碳纳米管结构可以从第一待粘结表面和待第二粘结表面去除干净，不会对第一待粘结表面和第二待粘结表面造成伤害；而且本发明的粘结方法，如果粘结的位置不是很准确可以随时进行调整。

第四，所述碳纳米管结构仅通过范德华力将第一待粘结物和第二待粘结物粘结在一起，且所述碳纳米管结构中的碳纳米管非常纯净，该粘结方法过程中没有使用有机溶剂，对环境基本无污染。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。