碳纳米管结构的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种碳纳米管结构的制备方法，尤其涉及一种碳纳米管膜或碳纳米管 线的制备方法。
【背景技术】
[0002] 碳纳米管（Carbon Nanotube, CNT)可看作由石墨烯片弯曲而成的中空管状物，其 具有优异的力学、热学及电学性质，因此具有广阔的应用领域。由于单根碳纳米管的尺寸为 纳米级，难于加以利用，人们尝试将多个碳纳米管作为原材料，制成具有较大尺寸的宏观碳 纳米管结构。例如由多个碳纳米管形成的宏观膜状结构，即碳纳米管膜（Carbon Nanotube Film)，以及由多个碳纳米管形成的宏观线状结构，即碳纳米管线（Carbon Nanotube Wire)。
[0003] 公告号为CN101458975B的中国发明专利中揭露了一种从碳纳米管阵列中直接 拉取获得的碳纳米管薄膜，这种碳纳米管薄膜具有较好的透明度，且具有宏观尺度并能够 自支撑，其包括多个在范德华力作用下首尾相连的碳纳米管。由于这种直接从阵列中拉 取获得的碳纳米管薄膜中碳纳米管基本沿同一方向延伸，因此能够较好的发挥碳纳米管 轴向具有的导电及导热等各种优异性质，具有极为广泛的应用前景，例如可以应用于触摸 屏（如中国专利CN101419518B)、液晶显示器(如中国专利CN101498865B)、扬声器(如中 国专利CN101605289B)、加热装置(如中国专利CN101868066B)、薄膜晶体管(如中国专利 CN101582449B)及导电线缆(如中国专利CN101499337B)等多种领域。
[0004] 这种特殊的碳纳米管膜的形成原理是超顺排生长的碳纳米管阵列中碳纳米管之 间通过范德华力紧密结合，使在拉取部分碳纳米管时，与之相邻的碳纳米管由于范德华力 的作用可以首尾相连的被拉出，从而逐渐形成一个由首尾相连的碳纳米管构成的碳纳米管 膜。然而，由于碳纳米管之间仅靠范德华力相互吸引而成膜，一旦阵列的形态被破坏或改 变，就有可能导致无法连续地拉出均匀的碳纳米管膜，因此传统的做法是在生长基底(一般 是单晶硅片）表面生长碳纳米管阵列之后，直接对生长基底上的碳纳米管阵列进行碳纳米 管膜的拉取作业。
[0005] 然而，随着这种碳纳米管膜在产业上的应用越来越广泛，为适应细化产业分工的 要求，碳纳米管阵列的生长和碳纳米管膜的拉取往往需要在不同地点的不同生产厂完成。 而将生长基底连同其上的碳纳米管阵列一起提供给拉膜阶段的生产厂不但使生长基底的 回收周期变长，不利于快速投入到新阵列的生长，也容易使昂贵的单晶硅片在运输途中遭 到破坏而报废。另外，也可通过相同原理从碳纳米管阵列中拉取获得碳纳米管线，而碳纳米 管线在生产制备上同样存在上述问题。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的碳纳米管结构的制备方法。
[0007] -种碳纳米管结构的制备方法，包括以下步骤：提供一代替基底及一生长基底，该 生长基底表面具有碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的形态能够使得一碳纳米管结构可以从 该碳纳米管阵列中连续地拉出；将该碳纳米管阵列从该生长基底转移至该代替基底，并保 持该碳纳米管阵列的形态仍能够使该碳纳米管结构可以从该碳纳米管阵列中连续地拉出； 以及从该代替基底上的碳纳米管阵列拉取该碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个首尾 相连的碳纳米管。
[0008] -种碳纳米管结构的制备方法，包括以下步骤：提供一第一基底及一第二基底，该 第一基底表面具有碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的形态能够使得一碳纳米管结构可以从 该碳纳米管阵列中连续地拉出，该碳纳米管结构包括多个首尾相连的碳纳米管；将该碳纳 米管阵列从该第一基底转移至该第二基底，并保持该碳纳米管阵列的形态仍能够使该碳纳 米管结构可以从该碳纳米管阵列中连续地拉出；以及从该第二基底上的碳纳米管阵列拉取 该碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个首尾相连的碳纳米管。
[0009] 相较于现有技术，所述该碳纳米管结构的制备方法中，在生长阶段与拉膜阶段，碳 纳米管阵列设置于不同基底，作为拉膜阶段的基底可以选择廉价材料制造，而较为昂贵的 生长基底可迅速回收，从而优化了生产流程。因此，本发明的碳纳米管结构的制备方法对于 碳纳米管膜和线在产业上的应用具有极为重要的意义，能够带来实际的成本降低及生产方 式的变革。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明施例提供的碳纳米管结构的制备方法的示意图。
[0011] 图2为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
[0012] 图3为本发明实施例从转移至代替基底表面的碳纳米管阵列中拉取碳纳米管膜 的照片。
[0013] 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】
[0014] 以下将结合附图对本发明的碳纳米管结构的制备方法作进一步的详细说明。
[0015] 请参阅图1，本发明提供一种碳纳米管结构40的制备方法，包括以下步骤： Sl，提供一代替基底30及一生长基底20,该生长基底20表面具有碳纳米管阵列10,该 碳纳米管阵列10的形态能够使得一碳纳米管结构40可以从该碳纳米管阵列10中连续地 拉出； 52, 将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该代替基底30,并保持该碳纳米管阵 列10的形态仍能够使该碳纳米管结构40从该碳纳米管阵列10中连续地拉出；以及 53, 从该代替基底30上的碳纳米管阵列10拉取该碳纳米管结构40。
[0016] 该碳纳米管结构40包括首尾相连的碳纳米管，是由多个碳纳米管通过范德华力 相互结合并首尾相连形成的宏观结构，例如碳纳米管膜或碳纳米管线。首先对生长于该生 长基底20且能够从中拉取碳纳米管膜40的碳纳米管阵列10进行介绍。
[0017] 该碳纳米管阵列10为通过化学气相沉积的方法生长在该生长基底20的表面。该 碳纳米管阵列10中的碳纳米管基本彼此平行且垂直于生长基底20表面，相邻的碳纳米管 之间相互接触并通过范德华力相结合。通过控制生长条件，该碳纳米管阵列10中基本不含 有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。由于基本不含杂质且碳纳米管相互间紧 密接触，相邻的碳纳米管之间具有较大的范德华力，足以使在拉取一些碳纳米管(碳纳米管 片段）时，能够使相邻的碳纳米管通过范德华力的作用被首尾相连，连续不断的拉出，由此 形成连续的自支撑宏观结构，如碳纳米管膜或碳纳米管线。这种能够使碳纳米管首尾相连 的从其中连续地拉出的碳纳米管阵列10也称为超顺排碳纳米管阵列10。该生长基底20的 材料可以为P型硅、N型硅或氧化硅等适合生长超顺排碳纳米管阵列10的基底。
[0018] 从碳纳米管阵列10中连续地拉出的该碳纳米管结构40包括多个首尾相连的碳纳 米管。更为具体的，该碳纳米管结构40为可以实现自支撑的碳纳米管膜，该碳纳米管膜包 括多个基本沿相同方向排列的碳纳米管。请参阅图2,在该碳纳米管膜中碳纳米管为沿同一 方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基 本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于该碳纳米管膜的表 面。进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳 纳米管膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管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，从而使该碳纳米管膜能够实现自支撑。当然，所述碳纳 米管膜中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米 管的整体取向排列构成明显影响。进一步地，所述碳纳米管膜可包括多个连续且定向排列 的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多 个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。另外，所述碳 纳米管膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或 者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜的 基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触而部分分 离的情况。实际上，该碳纳米管膜具有较多间隙，即相邻的碳纳米管之间具有间隙，使该碳 纳米管膜可以具有较好的透明度。然而，相邻碳纳米管之间接触的部分以及首尾相连的碳 纳米管之间连接的部分的范德华力已经足够维持该碳纳米管膜整体的自支持性。该碳纳米 管膜的厚度约为〇. 5纳米至100微米，优选为0. 5纳米至10微米。当具有较窄宽度时，该 碳纳米管结构40也可以是一可自支撑的碳纳米管线。
[0019] 所述自支撑是该碳纳米管膜或碳纳米管线不需要大面积的载体支撑，而只要一边 或相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状或线状状态，即将该碳纳米管膜或 线置于(或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管 膜或线能够悬空保持自身膜状或线状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管膜或线中存在连 续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。
[0020] 所述能够从中拉取碳纳米管膜的碳纳米管阵列10的制备方法已为众多前案公 开，例如可参阅冯辰等人在2008年8月13日公开的中国专利申请CN101239712A。
[0021] 该代替基底30为固态，可以为柔性或硬质基底。该代替基底30具有一表面，作为 设置该碳纳米管阵列10的表面。将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该代替基 底30这一过程中，该碳纳米管阵列10的形态应基本得到保持，以仍能够使该碳纳米管结构 40从中连续地拉出为准，也就是仍保持为一超顺排碳纳米管阵列。
[0022] 在保持该碳纳米管阵列10的形态的前提下，可以直接将该碳纳米管阵列10平移 至该代替基底30表面。然而，更为优选的是使该碳纳米管阵列10倒立设置于该代替基底 30表面。也就是该碳纳米管阵列10包括一第一表面102及与该第一表面102相对的第二 表面104。碳纳米管从生长基底20的表面长出，形成碳纳米管阵列10,碳纳米管靠近该生 长基底20的一端为底端，远离生长基