碳纳米管膜的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种碳纳米管膜的制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳纳米管是一种由石墨烯片卷成的中空管状物，其具有优异的力学、热学及电学 性质。碳纳米管应用领域非常广阔，例如，它可用于制作场效应晶体管、原子力显微镜针尖、 场发射电子枪、纳米模板等等。
[0003] 范守善等人在 Nature, 20〇2，4：19:8〇1，Spinning Continuous CNT Yarns - 文中揭露了一种从超顺排碳纳米管阵列中拉出的纯碳纳米管纱，这种碳纳米管纱包括多 个在范德华力作用下首尾相接的碳纳米管片段，每个碳纳米管片段具有大致相等的长度， 且每个碳纳米管片段由多个相互平行的碳纳米管构成，一般的，这种碳纳米管纱的直径在 0. 5~100微米左右，经过有机溶剂处理后这种碳纳米管纱可以方便的用于宏观领域。上述碳 纳米管纱在径向上具有良好的导电及导热性能，并且具有优异的韧性和机械强度，被认为 是一种具有取代碳纤维、石墨纤维及玻璃纤维潜力的新型材料，可以广泛的应用于电磁屏 蔽电缆、印刷电路板及特种防护服装的纺织等领域。
[0004] 然而，目前碳纳米管纱的制备长度受到碳纳米管阵列大小的限制，从现有的4英 寸的硅片上生长的高度为200微米的碳纳米管阵列中，所拉出的碳纳米管纱的长度有限， 使这种碳纳米管纱在宏观上的应用受到限制。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种连续的碳纳米管膜的制备方法。
[0006] -种碳纳米管结构预制体，包括：N个图形化碳纳米管阵列，N大于等于2,该N个 图形化碳纳米管阵列设置在同一平面且沿一 X方向间隔排列，每个图形化碳纳米管阵列包 括一基底以及多个碳纳米管垂直于所述基底的表面，每个图形化碳纳米管阵列中的多个碳 纳米管排列成一预设图形，该图形为一平行四边形，该平行四边形具有相互平行的两条第 一边和相互平行的两条第二边，所述两条第一边平行于所述X方向，相邻图形化碳纳米管 阵列中的第二边均相互平行，每个图形化碳纳米管阵列的平行四边形的一个锐角顶点与相 邻的图形化碳纳米管阵列的平行四边形的一个钝角定点相邻且相对设置；以及N-1个碳纳 米管膜预制体，每个碳纳米管膜预制体位于相邻的两个图形化碳纳米管阵列之间，每个碳 纳米管膜预制体为从第N-1个图形化碳纳米管阵列的平行四边形的所述锐角顶点直接拉 伸出，每个碳纳米管膜预制体具有相对的第一端和第二端，该第一端与第N个图形化碳纳 米管阵列的平行四边形中所述钝角顶点相连，该第二端与第N-1个图形化碳纳米管阵列中 所述锐角顶点相连。
[0007] -种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：提供一种所述碳纳米管结构预制体； 以及从所述第N个图形化碳纳米管阵列的所述锐角顶点持续拉伸获得一碳纳米管膜，所述 拉伸的方向为沿着X方向。
[0008] -种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：提供两个碳纳米管阵列，该两个碳纳 米管阵列设置在同一平面且沿一 X方向间隔排列；将所述两个碳纳米管阵列进行图形化处 理，形成两个图形化碳纳米管阵列，并依次命名为第一图形化碳纳米管阵列、第二图形化碳 纳米管阵列，每个图形化碳纳米管阵列中的多个碳纳米管排列成一预设图形，该图形为一 平行四边形，该平行四边形具有相互平行的两条第一边和相互平行的两条第二边，所述两 条第一边平行于所述X方向，相邻图形化碳纳米管阵列中的第二边均相互平行，每个图形 化碳纳米管阵列的平行四边形的一个锐角顶点与相邻的图形化碳纳米管阵列的平行四边 形的一个钝角定点相邻且相对设置；从第一图形化碳纳米管阵列的所述锐角顶点拉伸获得 一碳纳米管膜；从第二图形化碳纳米管阵列的所述锐角顶点拉伸获得一碳纳米管膜预制 体，并将该碳纳米管膜预制体搭接在第一图形化碳纳米管阵列中所述钝角顶点；以及继续 拉伸所述碳纳米管膜，所述拉伸的方向始终沿着所述X方向。
[0009] 与现有技术相比，本发明所提供的碳纳米管膜的制备方法中，将多个图形化的碳 纳米管阵列相互搭接，实现碳纳米管膜的连续制备；调整图形化的碳纳米管阵列的形状，在 碳纳米管膜的连续制备过程中确保碳纳米管数量的不变，提高了碳纳米管膜的力学性能。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明第一实施例提供的碳纳米管膜的制备方法的工艺流程图。
[0011] 图2为本发明第一实施例提供的碳纳米管阵列的剖面结构示意图。
[0012] 图3为本发明第一实施例提供的图形化的碳纳米管阵列的图案。
[0013] 图4为本发明第一实施例提供的图形化的碳纳米管阵列的另一图案。
[0014] 图5为本发明第一实施例提供的图形化的碳纳米管阵列的另一图案。
[0015] 图6为本发明第一实施例提供的图形化的碳纳米管阵列的另一图案。
[0016] 图7为本发明第一实施例提供的第二碳纳米管膜预制体没有搭接在第一图形化 碳纳米管阵列上的结构示意图。
[0017] 图8为本发明第一实施例提供的利用有机溶剂处理碳纳米管膜的结构示意图。
[0018] 图9为本发明第一实施例提供的采用机械扭转的方法处理碳纳米管膜的结构示 意图。
[0019] 图10为本发明第二实施例提供的图形化的碳纳米管阵列的图案。
[0020] 图11为本发明第三实施例提供的碳纳米管结构预制体的结构示意图。
[0021] 图12为本发明第四实施例提供的碳纳米管结构预制体的结构示意图。
[0022] 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】
[0023] 下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的碳纳米管膜的制备方法作进一步 的详细说明。
[0024] 请一并参见图1至图3,本发明第一实施例提供一种碳纳米管膜100的制备方法， 包括以下步骤： S10,提供多个碳纳米管阵列14,该多个碳纳米管阵列14沿一水平方向间隔排列，该水 平方向定义为X方向； S20,将所述多个碳纳米管阵列14进行图形化处理，形成多个图形化的碳纳米管阵列， 并依次命名为第一图形化碳纳米管阵列10、第二图形化碳纳米管阵列20,直至第N图形化 碳纳米管阵列40,每个图形化碳纳米管阵列具有相对的第一端点102和第二端点104,每个 图形化碳纳米管阵列的第一端点102与相邻图形化碳纳米管阵列的第二端点104相邻，所 述N大于等于2; S30,从第二图形化碳纳米管阵列20的第一端点102拉伸获得一第二碳纳米管膜预制 体22,并将该第二碳纳米管膜预制体22搭接在第一图形化碳纳米管阵列10的第二端点 104 ； S40,从第三图形化碳纳米管阵列30的第一端点102拉伸获得一第三碳纳米管膜预制 体32,并将该第三碳纳米管膜预制体32搭接在第二图形化碳纳米管阵列20的第二端点 104 ； S50,重复步骤S30或S40,直至完成第二图形化碳纳米管阵列20至第N图形化碳纳米 管阵列40中所有图形化碳纳米管阵列的拉伸和搭接； S60,从第一图形化碳纳米管阵列10的第一端点102持续拉伸获得一碳纳米管膜100， 所述拉伸的方向为沿着所述X方向； S70,利用有机溶剂70或机械扭转处理所述碳纳米管膜100,形成一碳纳米管线200。
[0025] 步骤S10中，请参见图2,所述碳纳米管阵列14优选为超顺排碳纳米管阵列14， 该超顺排碳纳米管阵列14的制备方法采用化学气相沉积法，其具体包括以下步骤：（a)提 供一平整生长基底12,该生长基底12可选用P型或N型硅生长基底12,或选用形成有氧 化层的硅生长基底12,本发明实施例优选为采用4英寸的硅生长基底12 ;(b)在生长基底 12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生长基底12在700°C ~900°C的空气中退火约 30分钟~90分钟；（d)将处理过的生长基底12置于一反应炉中，在保护气体环境下加热到 500°C ~740°C，然后通入碳源气体反应约5分钟~30分钟，生长得到碳纳米管阵列14。该碳 纳米管阵列14为多个彼此平行且垂直于生长基底12