一种制备碳纳米管薄膜的方法
【专利摘要】一种制备碳纳米管薄膜的方法其特征在于，包括如下步骤：制备碳纳米管分散液，配置浓度0.1mg-0.4mg/ml；将多壁碳纳米管分散液制备成多壁碳纳米管薄膜；利用计算机设计光纤激光扫描路径；利用红外激光器配合加工平台，按照生成的路径模型在制备好的多壁碳纳米管薄膜表面扫描制备；功率密度在10w/cm2-60w/cm2，扫描速度在1mm/s-3mm/s之间。本发明利用激光制备碳纳米管薄膜，属于非接触加工效率高。连接由碳纳米管间碳原子自发形成共价键，连接强度高。
【专利说明】一种制备碳纳米管薄膜的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在材料表面制备有碳纳米管薄膜的方法【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，纳米材料正在逐步被应用。但是走进人们的日常生活还有许多难关要克服。其中最重要的一项就是纳米材料在制备后的稳定性问题。碳纳米管薄膜由碳纳米管沉积而成，具有碳纳米管的诸多物理特性，主要应用于吸波涂层中。但是由于碳纳米管间是由范德华力连接，所以导致碳纳米管的宏观体薄膜物理连接强度不足，遇到一定外力就会损坏。
[0003]传统微纳连接，尤其是纳米级别的连接，需要昂贵的定位设备与观测设备，对每个连接点逐一连接，而每平方厘米的碳纳米管薄膜的连接点就要数以亿计，靠人工定位连接几乎是不可能的任务。且成本极高，效率低下，只适合科研院所研究使用，而不适合企业的大规模生产。
【发明内容】
[0004]针对以上内容，有必要寻找一种定位简单，连接效率高的制作方法在不破坏碳纳米管本身结构的前提下连接碳纳米管，获得碳纳米管间连接的碳纳米管薄膜。
[0005]本发明可以制作的碳纳米管薄膜，成本低、效率高、连接效果好。
[0006]本发明中 ，制备碳纳米管薄膜所使用的装置包括计算机、激光器、计算机与激光器连接的数据线、激光运动控制系统、工作台等运动控制系统、放置样品的密封盒、保护气供气系统、保护气为氮气，材料为多壁碳纳米管。
[0007]其步骤包括:
[0008]利用光纤激光制备碳纳米管薄膜，其特征在于，包括如下步骤:
[0009](I)制备碳纳米管分散液,配置浓度0.lmg-0.4mg/ml ；
[0010](2)将多壁碳纳米管分散液制备成多壁碳纳米管薄膜；
[0011](3)利用计算机设计光纤激光扫描路径；
[0012](4)利用红外激光器配合加工平台，按照生成的路径模型在制备好的多壁碳纳米管薄膜表面扫描制备；功率密度在10w/cm2-60w/cm2,扫描速度在lmm/s-3mm/s之间。
[0013](5)扫描完毕后将样品静置至室温，碳纳米管间的连接处形成由共价键组成的新的石墨片层。高强度碳纳米管薄膜制备完成。
[0014]所述碳纳米管分散液指的是用triton x_100有机溶剂将碳纳米管分散。配置浓度 0.1-0.4mg/ml。
[0015]所述扫描路径是指激光光斑可以均匀的扫过全部碳纳米管薄膜的路径。扫描速度为 1mm/s_3mm/s0
[0016]所述离焦至适当距离是指调整激光光斑大小，如果聚焦，一方面功率过高会把样品打坏，另一方面由于聚焦点过小，扫描路径会相应增多，使得效率降低。所以需要根据制备碳纳米管薄膜面积大小调整合适光斑面积，也就是离焦量大小。一般来说光斑直径控制5mm-10mm 为宜。
[0017]所述保护气即为可以隔绝碳纳米管与氧气接触且在高温下不易与碳发生化学反应的物质。所以氮气最为合适
[0018]所述激光器是红外激光器。激光器功率可调，平均功率10w-50w。
[0019]所述的加工平台是指一个能在竖直方向进行精确移动的平台，用来在竖直方向定位待加工材料。
[0020]所述将样品静置至室温指的是，按照以上步骤操作完成后，样品温度很高，此时如果直接将样品取出，一方面由于环境温度与样品间巨大的温度梯度导致基材破坏。另一方面样品会与空气中的氧气反应，使得碳纳米管破坏。
[0021]本发明的工作原理是:根据碳纳米管类型与基底类型，选择碳纳米管吸收率高而基底吸收率低的激光波长，一般波长为900-1600nm为宜。对于玻璃做基底而言，最佳激光功率为10w_50w。光斑直径为5mm-10mm。碳纳米管薄膜厚度通过制备时来控制。通过控制平台和激光器，按照预先设定的路径对样品进行扫描。扫描速度为lmm/S-3mm/S，扫描速度不宜过慢或过快，过慢会导致碳纳米管破坏、过快会使得连接强度下降甚至无连接。
[0022]本发明特点:
[0023]1、利用激光制备碳纳米管薄膜，属于非接触加工。效率高。
[0024]2、保护气体为氮气，污染小。
[0025]3、本发明使用的是近红外光纤激光器。
[0026]4、连接由碳纳米管间碳原子自发形成共价键，连接强度高。`【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1本发明所使用的玻璃过滤结构制作系统的结构示意图
[0028]图中:1，红外激光器，2，激光光束，3，密封箱，4，待加工的碳纳米管薄膜，5，加工平台。
[0029]图2扫描路线图
[0030]图3制备的碳纳米管薄膜的扫描电子显微镜图像。
图4实施例1连接效果的放大图像。
图5实施例2连接效果的放大图像。
【具体实施方式】
[0031]首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0032]实例1:
[0033]本发明选用1064nm红外激光器。运动控制系统为加工平台运动；选用直径为IOOnm左右的多壁碳纳米管为原材料；实验用玻璃载玻片为基底；保护气为氮气。
[0034]利用Triton X-100溶剂将碳纳米管溶解，配置成浓度为0.3mg/ml的溶液。将溶液滴定制成薄膜。将事先制备好的碳纳米管薄膜样品放入密封箱内；充入氮气。利用电脑端激光器控制软件设计扫描路径。路径图见图2 ;激光器光斑直径10mm，功率40w，功率密度40w/cm2 ;扫描速度lmm/s。打开激光器，使激光器按照预先设计好的扫描路线扫描；扫描完毕后，静置至室温，取出样品，连接效果的放大图像见图3、图4。
[0035]实例2:
[0036]本发明选用1064nm红外激光器。运动控制系统为加工平台运动；选用直径为IOOnm左右的多壁碳纳米管为原材料；实验用玻璃载玻片为基底；保护气为氮气。
[0037]利用Triton X-100溶剂将碳纳米管溶解，配置成浓度为0.lmg/ml的溶液。将溶液滴定制成薄膜。将事先制备好的碳纳米管薄膜样品放入密封箱内；充入氮气。激光器光斑直径7_，功率30w，功率密度60w/ cm2，扫描速度1.5mm/s。打开激光器，使激光器按照预先设计好的扫描路线扫描；扫描完毕后，静置至室温，取出样品，连接效果的放大图像见图5。
【权利要求】
1.一种制备碳纳米管薄膜的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)制备碳纳米管分散液，配置浓度0.lmg-0.4mg/ml ； (2)将多壁碳纳米管分散液制备成多壁碳纳米管薄膜； (3)利用计算机设计光纤激光扫描路径； (4)利用红外激光器配合加工平台，按照生成的路径模型在制备好的多壁碳纳米管薄膜表面扫描制备； 功率密度在10w/cm2-60w/cm2,扫描速度在lmm/s-3mm/s之间。
【文档编号】C01B31/02GK103771388SQ201310710942
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】陈继民, 苏全双 申请人:北京工业大学