碳纳米管复合线的制备方法_2

文档序号:8956725阅读:来源:国知局
1000 微米,优选10微米至500微米。第一方向与第二方向形成一夹角a, 0。<a《90。。所述 多个第一碳纳米管线状结构12与该多个第二碳纳米管线状结构14交叉设置的方式不限, 可W为第一碳纳米管线状结构12和第二碳纳米管线状结构14相互编织形成一网状结构, 也可W为所述多个间隔设置的第二碳纳米管线状结构14接触设置于所述多个第一碳纳米 管线状结构12的同一侧。其中,该多个第二碳纳米管线状结构14与该多个第一碳纳米管 线的接触部可通过粘结剂固定设置,也可W通过焊接的方式固定设置。
[0030]所述第一碳纳米管线状结构12和第二碳纳米管线状结构14包括至少一碳纳米管 线。所述碳纳米管线状结构可W为由多个碳纳米管组成的纯结构。当第一碳纳米管线状结 构12和第二碳纳米管线状结构14包括多根碳纳米管线时,该多根碳纳米管线可W相互平 行设置,也可W相互螺旋缠绕。所述第一碳纳米管线状结构12和第二碳纳米管线状结构14 中的多根碳纳米管线也可W通过粘结剂相互固定。
[0031]所述碳纳米管线可W为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。请参见图7,该 非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线长度方向延伸并首尾相连的碳纳米管。所述非 扭转的碳纳米管线为采用一有机溶剂将所述碳纳米管拉膜浸润而形成。请参见图8,该扭转 的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线的轴向螺旋排列的碳纳米管。所述扭转的碳纳米管线 为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜沿相反方向扭转获得。
[0032] 步骤S20中,所述基底20为具有一定厚度的金属薄膜,金属材料可W为铜、媒等。 该基体的厚度为100纳米至100微米。该基体的面积不限,可W根据实际需要进行调整。比 女口,可W根据不同容积的反应炉,调整基体的面积。还可W将上述基底20卷曲放置于反应 炉中,W提高反应炉的空间利用率,从而增大生长石墨帰膜30的面积。本实施例中,基底20 的材料为铜巧,其厚度为25微米。所述基底20具有相对的第一表面22和第二表面24。
[0033]所述石墨帰的制备方法不限,本实施例中,采用化学气相沉积法在所述基底20的 第一表面22生长石墨帰膜30。具体包括W下步骤: S21,将所述基底20放入一反应室内,高温处理所述基底20的第一表面22 ; 522, 向反应室内通入碳源气,在所述基底20的第一表面22生长石墨帰膜30 ; 523, 将所述基底20冷却至室温,取出生长有石墨帰膜30的基底20。
[0034] 步骤S21中,所述反应室为生长石墨帰膜30的反应空间。该反应室为一密闭空腔, 该密闭空腔具有一个进气口W及一个出气口。所述进气口用于通入反应气体,如氨气和甲 焼;所述出气口与一抽真空装置相连通。所述抽真空装置通过该出气口控制反应室的真空 度W及气压。进一步地,所述反应室还可W包括一个水冷装置,用于控制反应室中的基底20 的温度。本实施例中,所述反应室为一石英管。
[0035]所述高温处理所述基底20的步骤具体为:将所述基底20放入反应室,并通入氨 气,氨气的气体流量为2sccm(标准毫升/分钟)至35sccm;升高反应室的温度,对所述基底 20的第一表面22高温处理约1小时。所述反应室内的温度控制在800摄氏度至1500摄氏 度。该反应室内为真空环境,该反应室内的气压为10 1至1〇2帕。本实施例中,氨气的气体 流量为2sccm,反应室内的气压为13. 3帕,反应温度为1000摄氏度,升温时间为40分钟,恒 温时间为20分钟。所述基底20经高温处理后,该基底20的第一表面22更平整,适宜生长 石墨帰膜30。在氨气环境中加热,可W还原基底20的第一表面22的氧化层,同时防止进一 步氧化。
[0036] 步骤S22中,在保持反应室中的氨气流量不变,并继续通入的条件下,在高温下通 入碳源气体,从而在基底20的第一表面22沉积碳原子,形成一石墨帰膜30。所述碳源气可 W为甲焼、己焼、己帰或己快等化合物。反应室内的温度为800摄氏度至1500摄氏度。该 反应室内为真空环境,该反应室内的气压为10 1至1〇2帕。反应时的恒温时间10分钟至60 分钟。本实施例中,反应室内的气压为66. 5帕,反应温度为1000摄氏度,碳源气为甲焼,气 体流量为25sccm,恒温时间为30分钟。
[0037] 步骤S23中,将所述基底20冷却至室温需要在保持碳源气W及氨气的通入流量不 变的情况下进行。本实施例中,在冷却过程中,向反应室内通入流量为25sccm的甲焼,流量 为2sccm的氨气,在66. 5帕气压下,冷却1小时。待基底20冷却后,取出基底20,该基底 20的第一表面22生长有一石墨帰膜30。
[0038] 步骤S30中,将所述碳纳米管膜10与所述石墨帰膜30远离基底20的表面贴合, 形成复合结构40的步骤,可W采用机械力、有机溶剂或胶粘剂的方法实现,或者由于所述 碳纳米管膜10很纯净,本身具有粘性,可W直接粘在所述石墨帰膜30远离基底20的表面。
[0039] 具体地,采用机械力将所述碳纳米管膜10与所述石墨帰膜30远离基底20的表面 贴合形成复合结构40的方法包括热压法和冷压法。比如,将所述碳纳米管膜10覆盖在石 墨帰膜30远离基底20的表面上而形成一整体结构,并将该整体结构放置于一具有社漉的 热压装置,利用加热了的金属社漉施加一定压力于所述整体结构上,可W软化所述碳纳米 管膜10与所述石墨帰膜30,使得所述碳纳米管膜10与所述石墨帰膜30之间的空气被挤压 出来,从而使得所述碳纳米管膜10与所述石墨帰膜30紧密复合在一起。
[0040] 采用有机溶剂使碳纳米管膜10和石墨帰膜30复合的具体步骤为;通过试管将有 机溶剂滴落在所述整体结构上,或者将所述整体结构浸入一盛有有机溶剂的容器中,然后 除去有机溶剂。所述有机溶剂为挥发性有机溶剂,可选用己醇、甲醇、丙丽、二氯己焼和氯仿 中一种或者几种的混合。所述有机溶剂挥发后,在挥发性有机溶剂表面张力的作用下,碳纳 米管膜10与石墨帰膜30之间的空气被挤压出来,从而使得所述碳纳米管膜10与所述石墨 帰膜30紧密复合在一起。
[0041] 由于所述碳纳米管膜10中相邻碳纳米管之间存在微孔,相对于微孔而言,石墨帰 膜30悬空在该微孔上。为减小有机溶剂表面张力对碳纳米管膜10中微孔上面悬空的石墨 帰膜30的破坏,除去有机溶剂可W用超临界0)2的方法,具体包括W下步骤;(1)将盛有整 体结构和有机溶剂的容器设置为一密闭容器,该容器有一进口管和一出口管;(2)将液态 C〇2从进口管输入,同时使有机溶剂从出口管抽出,使液态C〇2取代有机溶剂;(3 )调节密闭 容器的温度和压力,使液态C〇2达到超临界状态,即,使密闭容器的温度和压力超过液态C〇2 的临界温度和临界压力。本实施例中,密闭容器的温度为35度,密闭容器的压力为9兆帕; (4)打开密闭容器,除去C〇2。
[0042] 步骤S40中,可W采用溶液腐蚀法去除所述基底20。所述溶液可W根据基底20 的材料进行选择。本实施例中,所述基底20的材料为铜,所W溶液可W选择浓硝酸。具体 地,(1)配制浓硝酸溶液。(2)将步骤S30中获得的复合结构40放入浓硝酸溶液中一段时 间,浓硝酸与铜常温下即可进行化学反应,即,浓硝酸将铜巧基底20完全腐蚀,得到由碳纳 米管膜10和石墨帰膜30复合的碳纳米管-石墨帰复合膜50。所述时间与浓硝酸的浓度及 基底20的大小有关。(3)为减小溶剂表面张力对碳纳米管膜10中微孔上面悬空的石墨帰 膜30的破坏,用上述超临界0)2的方法除去浓硫酸溶液。另,因为石墨帰膜30表面设置有 碳纳米管膜10,而碳纳米管膜10有很好的强度,当所述碳纳米管-石墨帰复合膜50从浓硫 酸溶液中取出时,浓硫酸溶液的重力不会破坏石墨帰膜30的结构。
[0043] 可选择地,溶液腐蚀所述基体结束后,可W在去离子水中漂浮清洗所述碳纳米 管-石墨帰复合膜50,清洗时间与碳纳米管-石墨帰复合膜50的大小及去离子水的多少 有关。本实施例中,将所述碳纳米管-石墨帰复合膜50在300毫升的去离子水中漂浮清洗 15分钟,然后重新更换去离子水,再重复操作一次。
[0044] 步骤S50中,将所述碳纳米管膜10和石墨帰膜30复合而成的碳纳米管-石墨帰 复合膜50先卷起来再加抢的方法至少有W下H种方法: (1)请参见图1,将所述碳纳米管-石墨帰复合膜50固定於间隔设置的第一支撑体60 和第二支撑体62上,沿同一方向同时转动所述第一支撑体60和第二支撑体62,且转动速 度相同,所述碳纳米管-石墨帰复合膜50随着第一支撑体60和第二支撑体62的转动而卷 起来。例如该碳纳米管-石墨帰复合膜50为一长方形,具有四条边,依次为边AB、边BC、边 CD、边DA。将碳纳米管-石墨帰复合膜50由边AB向边CD的方向慢慢卷曲起来,卷曲的方 向始终与边AB垂直,得到一复合初级线70。然后,使第一支撑体60停止并保持不动,同时 使第二支撑体62继续转动,对所述复合初级线70进行加抢,最终得到碳纳米管复合线80。 优选地,在
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