非触媒硝酸铝材料一起沉积在一层非触媒玻璃材料下方。
[0095]如图3所示，由“相反”涂布顺序成长的碳纳米管产生碳纳米管长度在整个纤维基板上较不一致。然而应注意的是，关于此涂布形式仍有某些益处，包括有较高的维持能力以及在许多情况下都可增进基板的强度。此外，这种涂布形式可使非触媒材料升高离开基板表面而至碳纳米管的尖端处。从基板表面移除绝缘性物质的能力有利于电气与热应用，也有利于界面机械特性。
[0096]实例5:在675摄氏度的连续式CVD条件下使用与阻障涂层同时沉积的铁触媒、过氧化氢与非触媒材料于碳纤维基板上进行的碳纳米管成长。在675摄氏度下重复进行实例3的碳纳米管成长，但不同处在于触媒溶液与非触媒玻璃材料同时沉积。就此实例而言，在去离子水中制备10mM的醋酸亚铁(II)、18.75mM的硝酸铝九水合物、0.015vol.%过氧化氢以及1.25vol.5^^^Accuglass T-1l旋涂玻璃(新泽西州莫里斯顿，霍尼韦尔国际公司)溶液。接着经由浸涂方法将所述溶液施用至碳纤维基板上，并利用加热枪移除溶剂￠00华氏度)。经涂布的基板接着在温度为675摄氏度、直线速度为2ft/min下被运送通过连续式CVD碳纳米管成长反应器。在这些条件下，可成长出长度达大致2微米的碳纳米管，相当于达接近0.03微米/秒的碳纳米管成长速率。图4显示在温度为675摄氏度、直线速度为2ft/min的连续化学气相沉积条件下，使用醋酸铁触媒前驱物在碳纤维基板上成长的碳纳米管的示例性SEM影像，其中醋酸铁触媒前驱物是与非触媒硝酸铝材料及非触媒玻璃材料一起沉积。如图4所示，从单一水溶液成长的碳纳米管可呈现出相当均匀的长度，并可于纤维表面上维持明显的覆盖性。
[0097]实例6:在750摄氏度的连续式CVD条件下使用沉积在阻障涂层中间层下方的铁与钴触媒于碳纤维基板上进行的碳纳米管成长。在750摄氏度下重复进行实例4的碳纳米管成长，但不同处在于使用了利用替代的触媒前驱物的不同触媒溶液。就此实例而言，在去离子水中制备500mM的柠檬酸铁(III)铵、518mM的醋酸钴(II)四水合物与1.0vol.%氨溶液。接着经由浸涂方法将所述溶液施用至碳纤维基板上，并利用加热枪移除溶剂￠00华氏度)。在异丙醇中制备2.5vol.%的Accuglass T-1l旋涂玻璃(新泽西州莫里斯顿，霍尼韦尔国际公司)溶液并经由浸涂方法将所述溶液施用至碳纤维基板上，再次利用加热枪移除溶剂￠00华氏度)。经涂布的基板接着在温度为750摄氏度、直线速度为2ft/min下被运送通过连续式CVD碳纳米管成长反应器。在这些条件下，可成长出长度达大致40微米的碳纳米管，相当于达接近0.67微米/秒的碳纳米管成长速率。
[0098]实例7:在750摄氏度的连续式CVD条件下使用沉积在阻障涂层中间层下方的铁触媒与非触媒材料于碳纤维基板上进行的碳纳米管成长。在750摄氏度下重复进行实例4的碳纳米管成长，但不同处在于使用了替代铁盐触媒前驱物。就此实例而言，在去离子水中制备40mM的硝酸铁(III)九水合物与1mM的硝酸铝九水合物溶液。接着经由浸涂方法将所述溶液施用至碳纤维基板上，并利用加热枪移除溶剂￠00华氏度)。在去离子水中制备2.5vol.%的Accuglass T-1l旋涂玻璃(新泽西州莫里斯顿，霍尼韦尔国际公司)溶液并经由浸涂方法将所述溶液施用至碳纤维基板上，再次利用加热枪移除溶剂￠00华氏度)。经涂布的基板接着在温度为750摄氏度、直线速度为2ft/min下被运送通过连续式CVD碳纳米管成长反应器。在这些条件下，可成长出长度达大致5微米的碳纳米管，相当于达接近0.08微米/秒的碳纳米管成长速率。图5显示在温度为750摄氏度、直线速度为2ft/min的连续化学气相沉积条件下、使用硝酸铁触媒前驱物在碳纤维基板上成长的碳纳米管的示例性SEM影像，其中硝酸铁触媒前驱物是与非触媒硝酸铝材料一起沉积在一层非触媒玻璃材料中间层下方。如图5所示，使用此触媒材料，碳纳米管成长率与覆盖性较低。
[0099]虽然已参照公开的具体实施例来描述本发明，但本领域技术人员将可直接理解这些具体实施例仅为示例本发明之用。应理解在不脱离本发明的精神下可进行各种修饰。上述公开的特定具体实施例仅为示例之用，本领域技术人员在得到本文所教导的益处下可对本发明进行不同、但却为等效方式的改良与实施。此外，除了下述权利要求书中所描述的以夕卜，本文所示的结构或设计的细节无任何限制。因此，明显可知可对上述公开的特定示例具体实施例进行调整、组合或修饰，且所有的这类变化例都被视为是落于本发明的范畴与精神内。在描述到成分或方法“包含”、“包含有”、“含有”或“包括”各种组份或步骤时，这些成分与方法也可“基本上含有”这些各种组份与操作步骤或“由其组成”。以上公开的所有数值与范围都是可以某种程度变化。无论何时，在公开到数值范围的下限值与上限值时，皆视为已经公开了落于所述较广范围内的任何数值或任何次范围。同时，在权利要求书中的用语具有其清楚的原始意义，除非专利权人另行清楚指明。如果在本说明书中使用的文字或用语与经由引用形式而被并入本文中的一篇或多篇专利或其它文件之间有任何冲突，则应采用与本说明书一致的定义。
【主权项】
1.一种碳纳米管成长方法，包括: 于碳纤维基板上沉积触媒前驱物； 其中所述触媒前驱物从包括过渡金属盐、过氧化氢及作为溶剂的水的溶液中沉积；以及 在沉积所述触媒前驱物之后，将所述碳纤维基板暴露于碳纳米管成长条件，以于所述碳纤维基板上成长碳纳米管； 其中所述碳纳米管成长条件将所述触媒前驱物转化为可运作用于成长碳纳米管的触媒。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管成长方法，进一步包括: 在所述碳纳米管正在成长时，运送所述碳纤维基板。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管成长方法，其中所述碳纤维基板不含上浆剂。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管成长方法，其中所述碳纤维基板涂有阻障涂层。
5.根据权利要求4所述的碳纳米管成长方法，其中所述阻障涂层是选自由烷氧基硅烷、烷基硅氧、铝氧烷、铝纳米粒子、旋涂玻璃、玻璃纳米粒子及其组合所组成的群组。
6.根据权利要求1所述的碳纳米管成长方法，其中所述过渡金属盐是选自由过渡金属硝酸盐、过渡金属醋酸盐、过渡金属柠檬酸盐、过渡金属氯化物、其水合物及其组合所组成的群组。
7.根据权利要求6所述的碳纳米管成长方法，其中所述过渡金属盐是选自由硝酸亚铁(II)、硝酸铁(III)、硝酸钴(II)、硝酸镍(II)、硝酸铜(II)、醋酸亚铁(II)、醋酸铁(III)、醋酸钴(II)、醋酸镍(II)、醋酸铜(II)、柠檬酸亚铁(II)、柠檬酸铁(III)、柠檬酸铁(III)铵、柠檬酸钴(II)、柠檬酸镍(II)、柠檬酸铜(II)、氯化亚铁(II)、氯化铁(III)、氯化钴(II)、氯化镍(II)、氯化铜(II)、其水合物及其组合所组成的群组。
8.一种碳纳米管成长方法，包括: 于不含上浆剂的碳纤维基板上沉积触媒前驱物； 其中所述触媒前驱物从包括过渡金属盐、过氧化氢及作为溶剂的水的溶液中沉积；在沉积所述触媒前驱物之后，将所述碳纤维基板暴露于碳纳米管成长条件，以于所述碳纤维基板上成长碳纳米管； 其中所述碳纳米管成长条件将所述触媒前驱物转化为可运作用于成长碳纳米管的触媒；以及 在所述碳纳米管正在成长时，运送所述碳纤维基板。
9.根据权利要求8所述的碳纳米管成长方法，进一步包括: 展开所述碳纤维材料。
10.根据权利要求9所述的碳纳米管成长方法，进一步包括: 对所述碳纤维材料施用阻障涂层。
11.根据权利要求10所述的碳纳米管成长方法，其中所述阻障涂层是选自由烷氧基硅烷、烷基硅氧、铝氧烷、铝纳米粒子、旋涂玻璃、玻璃纳米粒子及其组合所组成的群组。
12.如权利要求8所述的碳纳米管成长方法，其中所述过渡金属盐是选自由过渡金属硝酸盐、过渡金属醋酸盐、过渡金属柠檬酸盐、过渡金属氯化物、其水合物及其组合所组成的群组。
13.如权利要求12所述的碳纳米管成长方法，其中所述过渡金属盐是选自由硝酸亚铁(II)、硝酸铁(III)、硝酸钴(II)、硝酸镍(II)、硝酸铜(II)、醋酸亚铁(II)、醋酸铁(III)、醋酸钴(II)、醋酸镍(II)、醋酸铜(II)、柠檬酸亚铁(II)、柠檬酸铁(III)、柠檬酸铁(III)铵、柠檬酸钴(II)、柠檬酸镍(II)、柠檬酸铜(II)、氯化亚铁(II)、氯化铁(III)、氯化钴(II)、氯化镍(II)、氯化铜(II)、其水合物及其组合所组成的群组。
14.一种碳纳米管成长方法，包括: 提供碳纤维基板，所述碳纤维基板不含上浆剂且具有沉积于其上的阻障涂层； 其中所述阻障涂层是选自由烧氧基娃烧、烧基娃氧、销氧烧、销纳米粒子、旋涂玻璃、玻璃纳米粒子及其组合所组成的群组； 于所述阻障涂层上沉积触媒前驱物； 其中所述触媒前驱物从包括过渡金属盐、过氧化氢及作为溶剂的水的溶液中沉积； 在沉积所述触媒前驱物之后，将所述碳纤维基板暴露于碳纳米管成长条件，以于所述碳纤维基板上成长碳纳米管； 其中所述碳纳米管成长条件将所述触媒前驱物转化为可运作用于成长碳纳米管的触媒；以及 在所述碳纳米管正在成长时，运送所述碳纤维基板。
15.根据权利要求14所述的碳纳米管成长方法，其中所述触媒前驱物包括亚铁(II)盐或其水合物。
【专利摘要】本文涉及了用于在碳纤维基板上成长碳纳米管的方法。该方法包含：于碳纤维基板上沉积触媒前驱物，可选地在所述碳纤维基板上沉积非触媒材料，且在沉积触媒前驱物与可选的非触媒材料之后，使所述碳纤维基板暴露于碳纳米管成长条件，于碳纤维基板上成长碳纳米管。该碳纳米管成长条件可使所述触媒前驱物转化为一种可运作用于成长碳纳米管的触媒。当碳纳米管正在成长时，碳纤维基板可保持为静止或是可被运送。可选地，所述碳纤维基板上可包含阻障涂层和/或不含上浆剂。本文还提供了具有碳纳米管成长于其上的碳纤维基板。
【IPC分类】C01B31-02, B82Y40-00, B82Y30-00
【公开号】CN104591123
【申请号】CN201410709403
【发明人】布兰登·K·马利特, 图沙·K·沙赫
【申请人】应用奈米结构公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2011年9月13日
【公告号】CA2809285A1, CN103118975A, EP2619133A1, US8815341, US20120070667, WO2012040004A1