制造碳纳米结构涂布的纤维的方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请主张2012年12月4日提交的美国临时专利申请61/733, 302在35U. S. C. § 119下的优先权的权益，并通过引用将其全部内容并入本文中。
[0003] 关于联邦资助的研宄或开发的声明
[0004] 不适用。
技术领域
[0005] 本公开一般性地涉及碳纳米结构，更特别地，涉及用于屏蔽电磁辐射的碳纳米结 构的用途。
【背景技术】
[0006] 导电材料用于多种应用中，例如包括EMI屏蔽（包括电缆、结构和外壳）、天线、导 电电线和其它导电表面、集电器、黑体吸收器、热导体等。由于金属的高电导率值，所以通常 将金属用于这些用途。然而，大部分金属的显著密度有时会导致如下结构，所述结构过重而 难以有效地用于特定状况诸如航空航天和航空的应用中。
[0007] 已经提出将碳纳米管（CNT)用于能够利用其化学、机械、电和热性质的独特组合 的大量应用中。当利用单独的碳纳米管进行工作时，在许多应用中都普遍遇到了各种困难。 这些困难可包括如在本领域中已知的单独碳纳米管聚集成束或绳的倾向。尽管存在多种可 用的技术以将碳纳米管解开成良好分开的单独部分，但许多这些技术会不利地影响原始碳 纳米管所能提供的期望的性质增强。除了上述之外，由于单独碳纳米管的小尺寸造成的环 境健康和安全问题也引起了广泛关注。此外，在许多情况下制造单独碳纳米管的成本可能 会限制这些实体的商业可行性。
[0008] 由于碳纳米管显著的电导率和轻得多的重量，在一些应用中已经提出将碳纳米管 作为金属的替代。就这一点提出的碳纳米管的一种示例性用途涉及电磁辐射屏蔽应用，特 别是屏蔽微波能。然而，将碳纳米管制成可适用于屏蔽应用的导电层被证明是存在困难。首 先，单独的碳纳米管显著倾向于相互聚集成绳或束，这使得难以再现性地将碳纳米管并入 复合材料中或难以在具有足够光学覆盖率的导电层中用碳纳米管对基底进行涂布从而实 现（affect)电磁辐射的屏蔽。如本文中所使用的，术语"光学覆盖率"指的是材料阻挡穿 过其的电磁辐射的泄露的程度。此外，对于涂布应用，单独的碳纳米管的小尺寸使得难以将 碳纳米管直接施加至多孔基底，这是因为碳纳米管倾向于穿过限定在其中的孔而不是作为 涂层停留在基底表面上。例如，其它导电纳米材料如纳米粒子和石墨烯会遇到同样的困难。
[0009] 鉴于上述，非常期望以使其更适合用于涂布应用的形式制造碳纳米管，特别是用 于传递（convey)电磁辐射屏蔽的目的时情况如此。本公开满足上述需要并同时提供相关 优势。
【发明内容】
[0010] 在一些实施方式中，本公开提供由碳纳米结构形成的导电结构。在一些实施方式 中，所述导电结构包含：支撑层（support layer)，所述支撑层包含多个纤维，所述支撑层具 有限定在所述纤维之间的孔（aperture);和多个碳纳米结构，所述碳纳米结构至少部分地 对纤维进行共形涂布并桥接在相邻纤维之间限定的孔从而形成连续的碳纳米结构层。各个 碳纳米结构包含多个碳纳米管，所述碳纳米管是支化的、交联的和相互共享共用壁的。
[0011] 在一些实施方式中，本公开提供用于形成碳纳米结构层的方法。在一些实施方式 中，所述方法包括：提供一种包含溶剂和多个碳纳米结构的混合物；将所述碳纳米结构分 散在所述溶剂中，直至所述碳纳米结构基本不聚集；以及使所述溶剂通过包含多个纤维的 支撑层，所述支撑层具有限定在所述纤维之间的孔，由此碳纳米结构变得至少部分地共形 涂布在纤维周围并桥接相邻纤维之间限定的孔从而形成连续的碳纳米结构层。各个碳纳米 结构包含多个碳纳米管，所述碳纳米管是支化的、交联的和相互共享共用壁的。
[0012] 在一些实施方式中，本公开提供如下的方法，所述方法包括：在溶剂中形成混合 物，所述混合物包含多个碳纳米结构和多个短纤维；以及对混合物进行过滤从而以层结构 收集短纤维和碳纳米结构，其中碳纳米结构至少部分地对纤维进行共形涂布并桥接在相邻 纤维之间限定的孔。各个碳纳米结构包含多个碳纳米管，所述碳纳米管是支化的、交联的和 相互共享共用壁的。
[0013] 上面已经相当广泛地概述了本公开的特征，目的在于能够更好地理解如下的具体 实施方式。本公开的其它特征和优势将在下文中进行说明，其形成权利要求书的主题。
【附图说明】
[0014] 为了更完整地理解本公开及其优势，现在结合描述本公开【具体实施方式】的附图参 照如下说明，其中：
[0015] 图IA~IC显示了碳纳米管的示意图，所述碳纳米管分别是支化的、交联的和共享 共用壁的；
[0016] 图2显示了在碳纳米结构与生长基底分离之后的碳纳米结构薄片材料（flake material)的示意图；
[0017] 图3显示了作为薄片材料获得的示例性碳纳米结构的SEM照片；
[0018] 图4A显示了在碳纳米结构的共形涂层施加到示例性纤维遮盖物（veil)中的纤维 之前的示例性纤维遮盖物的SEM照片；图4B和4C显示了作为共形涂层的碳纳米结构施加 到示例性纤维遮盖物之后的示例性纤维遮盖物的SEM照片；
[0019] 图5显示了示例性碳纳米结构生长工艺的流程图，所述生长工艺采用例示性玻璃 或陶瓷生长基底；
[0020] 图6显示了涂布有抗胶粘剂层的过渡金属纳米粒子的示意图；
[0021] 图7显示了将碳纳米结构与生长基底分离的示例性工艺的流程图；
[0022] 图8显示了进一步详细描述图7中所示工艺的示意图；
[0023] 图9显示了展示如何使用机械剪切将碳纳米结构和过渡金属纳米粒子催化剂从 生长基底去除的不意图；
[0024] 图10显示了展示碳纳米结构去除工艺的示意图，在所述工艺中将碳纳米结构与 不含过渡金属纳米粒子催化剂的生长基底分开；
[0025] 图11显示了作为电磁福射频率的函数的屏蔽效能（shielding effectiveness) 的示意图，屏蔽效能的单位为dB，所述屏蔽效能是关于碳纳米结构涂布的碳纤维遮盖物和 比较的未涂布遮盖物的屏蔽效能；
[0026] 图12和13显示了作为电磁辐射频率的函数的屏蔽效能的示意图，屏蔽效能的单 位为dB，所述屏蔽效能是关于碳纳米结构涂布的碳纤维遮盖物的；
[0027] 图14显示了作为电磁辐射频率的函数的屏蔽效能的示意图，所述屏蔽效能是关 于碳纳米结构涂布的碳纤维遮盖物的在施加到聚合物基底之前和之后的；
[0028] 图15显示了作为电磁辐射频率的函数的屏蔽效能的示意图，所述屏蔽效能是关 于在将碳纳米结构涂布的碳纤维遮盖物与还包含10%碳纳米结构的聚合物基底组合之前 和之后所述碳纳米结构涂布的碳纤维遮盖物的；且
[0029] 图16显示了关于具有不同重叠程度的两个碳纳米结构涂布的碳纤维遮盖物的屏 蔽效能的不意图。
【具体实施方式】
[00