一种粘结方法与流程

本发明涉及一种粘结方法，尤其是将待粘结物粘结在粗糙表面的方法。

背景技术：

在日常生活以及工业生产中，一般采用双面胶或胶粘剂将物体之间进行粘结。在很多实验中，需要采用粘结剂将两个物体粘结之后高温处理或者超低温处理。例如，在生长碳纳米管阵列时，需要将硅片固定在一石英片上900℃左右高温处理。现有的双面胶或胶粘剂一般适用的温度范围很窄，在高温(例如高于70℃)和低温(例如低于0℃)下粘性显著降低甚至失去粘性。

技术实现要素：

有鉴于此，确有必要提供一种粘结方法，使用该粘结方法粘结在一起的物体，在高温和低温下都可以保持较好的稳固性。

一种粘结方法，包括以下步骤：

步骤s1，将一片状结构放置在一基板表面上，该片状结构包括一第一表面和一第二表面，该第一表面和第二表面相对设置，该第一表面与所述基板表面直接接触，该第二表面为一表面粗糙度小于等于1.0微米的平滑表面；

步骤s2，铺设一碳纳米管结构于所述第二表面，且该碳纳米管结构的两端与所述基板表面接触，该碳纳米管结构包括至少一层超顺排碳纳米管膜，所述至少一层超顺排碳纳米管膜包括多个相互平行的碳纳米管；

步骤s3，向与所述基板表面接触的碳纳米管结构部分滴加有机溶剂，从而通过所述碳纳米管结构将所述片状结构固定在所述基板表面上；以及

步骤s4，在所述碳纳米管结构远离所述片状结构的表面放置一待粘结物，该待粘结物的待粘结表面为一表面粗糙度小于等于1.0微米的平滑表面，施加压力于该待粘结物和所述基板表面，将所述待粘结物粘结在所述基板表面上。

与现有技术相比较，本发明提供的粘结方法中，首先将一片状结构固定在基板表面上，然后通过碳纳米管结构将待粘结物粘结在片状结构的表面，进而将待粘结物粘结在基板表面上，该碳纳米管结构仅通过范德华力使待粘结物粘结在片状结构的表面，由于范德华力受温度影响较小，因此该粘结方法的使用温度范围较大，例如在-196℃～1000℃的范围内均可以使待粘结物很好的粘结在基板表面上。

附图说明

图1为本发明实施例提供的粘结方法的流程图。

图2为本发明实施例提供的粘结方法的示意图。

图3为本发明实施例提供的超顺排碳纳米管膜的电子显微镜照片。

图4为本发明实施例提供的碳纳米管结构包括8层超顺排碳纳米管膜时的扫描电子显微镜照片。

图5为本发明实施例提供的碳纳米管结构包括50层超顺排碳纳米管膜时的扫描电子显微镜照片。

图6为本发明实施例提供的粘结方法中碳纳米管结构包括多层超顺排碳纳米管膜时的结构示意图。

图7为本发明实施例提供的碳纳米管结构的张力随拉伸长度的变化曲线。

图8为本发明实施例提供的硅片表面张力随碳纳米管结构中超顺排碳纳米管膜层数的变化曲线。

主要元件符号说明

片状结构10

基板表面20

碳纳米管结构30

有机溶剂40

待粘结物50

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

本发明中所述的粗糙表面是指表面粗糙度较大，粗糙度大于1.0微米的表面；所述的平滑表面是指表面粗糙度较小，粗糙度小于等于1.0微米的表面。

请参阅图1和图2，本发明第一实施例提供一种粘结方法，包括以下步骤：

步骤s1，将一片状结构10放置在一基板表面20上，该片状结构10包括一第一表面和一第二表面，该第一表面和第二表面相对设置，该第一表面与该基板表面20直接接触，该第二表面为一平滑表面；

步骤s2，将一碳纳米管结构30铺设在所述第二表面，且该碳纳米管结构30的两端与所述基板表面20直接接触，该碳纳米管结构30包括至少一层超顺排碳纳米管膜，所述超顺排碳纳米管膜包括多个碳纳米管，且该多个碳纳米管的延伸方向相同，该延伸方向平行于所述超顺排碳纳米管膜的表面，且该多个碳纳米管通过范德华力相互连接；

步骤s3，向与所述基板表面20直接接触的碳纳米管结构部分滴加有机溶剂40，从而通过所述碳纳米管结构30将所述片状结构10固定在所述基板表面20上；以及

步骤s4，在所述碳纳米管结构30远离所述片状结构10的表面放置一待粘结物50，施加压力于所述待粘结物50和基板表面20将所述待粘结物50粘结在所述基板表面20上，该待粘结物50的待粘结表面为平滑表面。

步骤s1中，所述基板表面20可以为平滑表面或粗糙表面。优选的，所述基板表面20为一粗糙表面。所述基板表面20的表面粗糙度可以在1微米到10微米之间。进一步地，所述基板表面20的表面粗糙度在3微米到5微米之间。例如，所述基板表面20可以为磨砂玻璃的表面，石英片的粗糙表面等。本实施例中，所述基板表面20为一石英片的粗糙表面，表面粗糙度为4微米。

由于所述碳纳米管结构30仅通过范德华力与片状结构10的第二表面粘结，如果第二表面太粗糙或者表面不干净，会降低碳纳米管结构30与第二表面之间的范德华力，进而降低碳纳米管结构30与第二表面之间的粘结力。所述第二表面优选为干净的平滑表面，即所述第二表面的洁净度很高，几乎不含或者完全不含任何杂质、灰尘等。优选的，所述第二表面的表面粗糙度小于等于1微米。更优选的，所述第二表面的表面粗糙度小于等于0.1微米。所述第一表面的面积以及第二表面的面积均小于所述基板表面的面积。所述片状结构10的材料不限，可以为光滑的玻璃、硅片、pet片等。本实施例中，所述片状结构10为一表面干净平滑的硅片，该硅片的表面粗糙度为0.005微米。

步骤s2中，请参阅图3，所述超顺排碳纳米管膜中的多个碳纳米管基本朝同一方向延伸是指超顺排碳纳米管膜中大多数碳纳米管的延伸方向朝同一方向，仅存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对超顺排碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向构成明显影响，该少数随机排列的碳纳米管可以忽略。所述超顺排碳纳米管膜中的多个碳纳米管是通过范德华力首尾相连。进一步地，所述超顺排碳纳米管膜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。所述超顺排碳纳米管膜中的多个碳纳米管为纯碳纳米管，纯碳纳米管是指碳纳米管未经过任何物理、化学等修饰，碳纳米管的表面纯净(纯净度达到99.9％以上)，基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。由于超顺排碳纳米管膜中的碳纳米管非常纯净，且由于碳纳米管本身的比表面积非常大，所以该超顺排碳纳米管膜本身具有较强的粘性，由其形成的碳纳米管结构也具有很强的粘性，因此该粘结方法可以很好的粘结和固定物体。

所述超顺排碳纳米管膜为一自支撑结构，所谓自支撑是指超顺排碳纳米管膜无需其它基体支撑，可自支撑保持一膜的形态。因此，所述超顺排碳纳米管膜可直接铺设于所述第二表面上，并与该第二表面贴合设置。

请参阅图4～6，当所述碳纳米管结构30包括至少两层超顺排碳纳米管膜时，该至少两层超顺排碳纳米管膜重叠且平行设置。相邻两个超顺排碳纳米管膜之间通过范德华力紧密连接。该至少两层超顺排碳纳米管膜中每层超顺排碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向与其它层超顺排碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向基本相同。

当所述碳纳米管结构30包括一层所述超顺排碳纳米管膜时，将所述碳纳米管结构30铺设在所述第二表面包括以下步骤：步骤s21，提供一超顺排碳纳米管阵列；以及步骤s22，采用一拉伸工具从所述超顺排碳纳米管阵列中拉取所述超顺排碳纳米管膜，将该超顺排碳纳米管膜直接铺设在所述第二表面上。步骤s22具体包括以下步骤：步骤s221，从所述超顺排碳纳米管阵列中选定一定宽度的多个碳纳米管片断；以及步骤s222，以一定速度沿基本垂直于所述超顺排碳纳米管阵列生长方向拉伸该多个碳纳米管片断，以形成一连续的超顺排碳纳米管膜，将该超顺排碳纳米管膜直接铺设在所述第二表面上。

当所述碳纳米管结构30包括至少两层超顺排碳纳米管膜时，将所述碳纳米管结构30直接铺设在所述第二表面的方法进一步包括一在步骤s222中的超顺排碳纳米管膜的表面直接重叠且平行铺设至少一层所述超顺排碳纳米管膜的步骤。

可以理解，也可以预先形成所述碳纳米管结构30后再将该碳纳米管结构30铺设于所述第二表面。其具体可包括以下步骤：提供一支撑结构；将一层所述超顺排碳纳米管膜或至少两层超顺排碳纳米管膜重叠且平行设置于该支撑结构的表面形成一碳纳米管结构30；将该碳纳米管结构30从该支撑结构上取下，铺设于所述第二表面。可以理解，所述支撑结构可以为一基底，也可以为一框架结构。当支撑结构为一框架结构时，碳纳米管结构30可部分悬空，此时可直接将悬空的碳纳米管结构30直接铺设于第二表面上，再将该框架结构的支撑结构去除。

可选择地，步骤s2进一步包括一步骤s23，步骤s23包括：对所述超顺排碳纳米管膜进行拉伸。即在步骤s22得到所述超顺排碳纳米管膜之后，采用一拉伸工具沿所述超顺排碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向继续将该超顺排碳纳米管膜拉伸一定的长度。优选的，该拉伸的长度为1～3毫米。更优选的，该拉伸的长度为3毫米。该拉伸的步骤可以使超顺排碳纳米管膜中随机排列的一些碳纳米管的延伸方向与大多数碳纳米管的延伸方向一致，使超顺排碳纳米管膜的表面更光滑，进而增加碳纳米管结构30与待粘结表面之间的范德华力。请参阅图7，分别采用没有拉伸的10层超顺排碳纳米管膜形成的碳纳米管结构，拉伸1毫米的10层超顺排碳纳米管膜形成的碳纳米管结构、拉伸2毫米的10层超顺排碳纳米管膜形成的碳纳米管结构、预拉伸3毫米的10层超顺排碳纳米管膜形成的碳纳米管结构，以及拉伸4毫米的10层超顺排碳纳米管膜形成的碳纳米管结构粘结两个边长为7毫米的正方形硅片，拉伸之前碳纳米管结构的长度均为174mm，从图中可以看出，当拉伸的距离小于3毫米时，即当拉伸的长度与超顺排碳纳米管膜原始长度的百分比小于0.57时，两个硅片之间的粘结力随着拉伸长度的增加而增大，而当拉伸距离大于3毫米时，即当拉伸的长度与超顺排碳纳米管膜原始长度的百分比大于0.57时两个硅片之间的粘结力随着拉伸长度的增加而减小。

所述超顺排碳纳米管膜中碳纳米管的排列方向基本平行于超顺排碳纳米管膜的拉伸方向。步骤s21中，所述超顺排碳纳米管阵列中的碳纳米管纯净且碳纳米管长度较长，一般大于300微米。所述超顺排碳纳米管阵列的制备方法不限，可以为化学气相沉积法、电弧放电制备方法或气溶胶制备方法等。本实施例中所述超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：(a')提供一基底，该基底可选用p型硅基底、n型硅基底或形成有氧化层的硅基底等；(b')在基底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基底在700～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d')将处理过的基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500～740℃，然后通入碳源气体反应约5～30分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列，其高度为200～400微米。本实施例中碳源气可选用乙炔等化学性质较活泼的碳氢化合物，保护气体可选用氮气、氨气或惰性气体。所述超顺排碳纳米管阵列的制备方法可以参见中国专利cn1483668a。采用上述方法生长出的超顺排碳纳米管阵列中，碳纳米管表面纯净，不含杂质或者几乎不含杂质，因此，碳纳米管表面具有较强的范德华力。

所述碳纳米管结构30中超顺排碳纳米管膜的层数不限，可以根据实际需要进行选择。优选的，所述碳纳米管结构30由5～30层超顺排碳纳米管膜重叠且平行设置。更优选的，所述碳纳米管结构30由10～15层超顺排碳纳米管膜重叠且平行设置。请参阅图8，分别采用由1层、2层、4层、6层、8层、10层、12层、15层、30层超顺排碳纳米管膜10组成的碳纳米管结构作为双面胶粘结两个边长为7毫米的正方形硅片，从图中可以看出，当两个硅片之间没有碳纳米管结构20时，两个硅片完全没有粘结力；随着碳纳米管结构20中超顺排碳纳米管膜的层数增加，两个硅片之间的粘结力增加，当碳纳米管结构20中超顺排碳纳米管膜层数大于15层之后，粘结力随超顺排碳纳米管膜的层数增加的速率减慢。本实施例中，所述碳纳米管结构20包括10层超顺排碳纳米管膜重叠且平行设置。

步驟s3中，所述有机溶剂40优选为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等，本实施例中采用乙醇。该与所述基板表面20直接接触的碳纳米管结构部分经过有机溶剂浸润处理后，在挥发性有机溶剂的表面张力的作用下，可以使所述碳纳米管结构30与基板表面20之间的结合力增加，碳纳米管结构30与基板表面20粘结在一起，进而通过所述碳纳米管结构30将所述片状结构10固定在所述基板表面20上。

步骤s4中，由于所述碳纳米管结构30仅通过范德华力与待粘结物50的待粘结表面粘结，如果待粘结表面太粗糙或者表面不干净，会降低碳纳米管结构30与待粘结表面之间的范德华力，进而影响碳纳米管结构30与待粘结物50之间的粘结力。因此，所述待粘结表面为一干净的平滑表面。即所述待粘结表面的洁净度很高，不含有任何杂质、灰尘等。优选的，所述待粘结表面的表面粗糙度小于等于1微米。更优选的，所述待粘结表面的表面粗糙度小于等于0.1微米。本实施例中，所述第一待粘结物50的待粘结表面为干净平滑的表面，表面粗糙度为0.001微米。

所述碳纳米管结构30仅通过范德华力将待粘结物50和片状结构10粘结在一起。温度对范德华力的影响很小，因此，所述碳纳米管结构30在高温和低温下仍然具有很好的粘性，进而使所述该粘结方法的应用温度范围较广。优选的，所述粘结方法的应用温度范围为-196℃～1000℃。

所述压力的大小根据实际需要设定。优选的，所述压力的大小为10～20n。

本发明第二实施例提供一种粘结方法，本实施例中的粘结方法与第一实施例中的粘结方法基本上相同，其不同仅在于，本实施例中步骤s2中的碳纳米管结构由至少一层超顺排碳纳米管膜组成，且该超顺排碳纳米管膜由多个基本朝同一方向延伸的碳纳米管组成。

本发明第三实施例提供一粘结方法，本实施例中的粘结方法与第一实施例中的粘结方法基本上相同，其不同仅在于，本实施例中步骤s2中的碳纳米管结构由多个碳纳米管组成，该多个碳纳米管首尾相连且沿同一方向延伸，且延伸方向平行于碳纳米管结构的表面，所述多个碳纳米管通过范德华力相互连接。

本发明提供的粘结方法具有以下优点：第一，先通过碳纳米管结构将具有平滑表面的片状结构固定在基板表面，然后将待粘结物粘结在具有光滑表面的片状结构上，因此，即使基板表面为粗糙表面，也能通过碳纳米管结构将待粘结物与基板表面很好的粘结在一起。第二，所述碳纳米管结构仅通过范德华力将待粘结物和片状结构粘结在一起。温度对范德华力的影响很小，因此，所述碳纳米管结构在高温和低温下仍然具有很好的粘性，进而使所述该粘结方法的应用温度范围较广。例如，所述粘结方法在-196℃～1000℃的温度范围内均具有很好的粘性。而且，由于所述超顺排碳纳米管膜中的碳纳米管的表面纯净，基本不含有无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等，所以该超顺排碳纳米管膜具有很高的热稳定性，即使在很高的温度下也不易氧化。第三，该粘结方法中，由于所述碳纳米管结构仅通过范德华力将待粘结物粘结在片状结构上，当需要将待粘结物从基板表面上取下时，只需要施加一定的力即可，该碳纳米管结构可以从待粘结表面去除干净，不会对待粘结表面造成伤害；而且本发明的粘结方法，如果粘结的位置不是很准确可以随时进行调整。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。