CN101913596A - 高取向碳纳米管薄膜的制备方法 - Google Patents

高取向碳纳米管薄膜的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101913596A
CN101913596A CN 201010247437 CN201010247437A CN101913596A CN 101913596 A CN101913596 A CN 101913596A CN 201010247437 CN201010247437 CN 201010247437 CN 201010247437 A CN201010247437 A CN 201010247437A CN 101913596 A CN101913596 A CN 101913596A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nanotube
preparation
tube
carbon nano
orientation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 201010247437
Other languages
English (en)
Other versions
CN101913596B (zh
Inventor
刘俊成
张金玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University of Technology
Original Assignee
Shandong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Technology filed Critical Shandong University of Technology
Priority to CN2010102474377A priority Critical patent/CN101913596B/zh
Publication of CN101913596A publication Critical patent/CN101913596A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101913596B publication Critical patent/CN101913596B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高取向碳纳米管薄膜的制备方法，制备碳纳米管溶液并铺展到基片上制备，其特征在于碳纳米管溶液铺展到基片上时施加高压电场。通过施加高压电场、使用旋涂法或提拉法实现了碳纳米管的高取向排列，薄膜性能好，导电率提高了2～20倍，适用于单壁碳纳米管薄膜和高取向多壁碳纳米管薄膜的制备。

Description

高取向碳纳米管薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高取向碳纳米管薄膜的制备方法，属于膜材料制备领域。
背景技术
碳纳米管自1991年被Iijima发现以来，引起了很多科学工作者的兴趣。碳纳米管分为多壁碳纳米管(MWCNTs)和单壁碳纳米管(SWCNTs)，它是由多层或一层石墨围绕中心按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管，每层碳纳米管是由碳原子通过sp2杂化与相邻3个碳原子构成六边形平面组成的圆柱面，但由于存在一定的曲率，也有一部分碳原子是sp3杂化。MWCNTs在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而MWCNTs的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与MWCNTs相比，SWCNTs是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。碳纳米管具有优良的力学性能，这是由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度(约为钢的100倍，而密度仅为钢的1/6)。碳纳米管还具有优良的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。此外，碳纳米管还具有特殊的导电性能，这是由于碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，共轭效应显著。这些优良的性能使得CNTs广泛应用在物理、化学、电子、生物等领域，然而很多应用都是以高碳纳米管取向排列为前提的。碳纳米管在器件中如果不能够取向排列，则其优势不能充分显现出来，严重阻碍了碳纳米管在各个领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高取向碳纳米管薄膜的制备方法，碳纳米管取向高，薄膜性能好，特别是薄膜的导电率显著提高。
本发明所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，制备碳纳米管水溶液并铺展到基片上制备，其特征在于碳纳米管溶液铺展到基片上时施加高压电场。
其中：
取向碳纳米管薄膜制备方法使用通常的旋涂法或提拉法均可。
高压电场控制在1～1000kV/m适宜，高压电场施加时间为0.1秒～100小时。
将薄膜常规干燥：在真空干燥箱中干燥，温度100～120℃，时间为0.5～3小时。
碳纳米管水溶液的制备方法如下：
(1)将碳纳米管在强酸中超声处理0.1～100小时，经洗涤、过滤和干燥得到带有羟基和羧基的功能化碳纳米管；强酸优选浓硝酸和浓硫酸的混合酸，其体积比控制在1∶1～20。
(2)将功能化碳纳米管与去离子水共混，超声处理0.1～100小时，得到分散性很好的碳纳米管水溶液。功能化碳纳米管与去离子水的质量比控制为1∶5～10000较好。
本发明的原理是通过在碳纳米管的端部接枝羟基和羧基，使碳纳米管溶于水溶液或有机溶剂，并与其形成均一分散的溶液，溶液液滴在高压静电场的作用下高速拉伸，使碳纳米管在液体中产生取向，形成许多竖直的碳纳米管。实现高取向碳纳米管的原理是功能化的碳纳米管的端部带有极性基团，在高压电场的作用下会被拉伸发生取向排列，从而可以得到高取向的碳纳米管薄膜。
本发明的有益效果是：
通过施加高压电场、使用旋涂法或提拉法实现了碳纳米管的高取向排列，薄膜性能好，导电率提高了2～20倍，适用于单壁碳纳米管薄膜和高取向多壁碳纳米管薄膜的制备。
附图说明
图1、本发明采用旋涂法的步骤1示意图。
图2、本发明采用旋涂法的步骤2示意图。
图3、本发明采用旋涂法的步骤3示意图。
图4、高压电场强度对碳纳米管薄膜导电率的影响曲线图。
图1、图2、图3中：1、旋转涂层平台2、基片3、溶液4、电极E、电场。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，依次按照下列步骤进行：
(1)将碳纳米管在强酸中超声处理4小时，经洗涤、过滤和干燥得到带有羟基和羧基的功能化碳纳米管；其中强酸为浓硝酸和浓硫酸的混合酸，其体积比控制在1∶3。
(2)将功能化碳纳米管与去离子水共混，超声处理0.5小时，得到分散性很好的碳纳米管水溶液。功能化碳纳米管与去离子水的质量比控制为1∶5～10000。
(3)利用旋涂法将碳纳米管水溶液铺展到基片上时，施加高压电场100kV/m，时间45分钟。
(4)将上步骤中的薄膜在真空干燥箱中进行干燥，温度110℃，时间为1小时。
所得碳纳米管薄膜取向良好，其导电率提高5倍。
实施例2
本发明所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，依次按照下列步骤进行：
(1)将碳纳米管在强酸中超声处理3.5小时，经洗涤、过滤和干燥得到带有羟基和羧基的功能化碳纳米管；其中强酸为浓硝酸和浓硫酸的混合酸，其体积比控制在1∶3。
(2)将功能化碳纳米管与去离子水共混，超声处理0.5小时，得到分散性很好的碳纳米管水溶液。功能化碳纳米管与去离子水的质量比控制为1∶50。
(3)利用旋涂法将碳纳米管水溶液铺展到基片上时，施加高压电场100kV/m，时间50分钟。
(4)将上步骤中的薄膜在真空干燥箱中进行干燥，温度110℃，时间为1.5小时。
所得碳纳米管薄膜取向良好，其导电率提高6倍。
实施例3
本发明所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，依次按照下列步骤进行：
(1)将碳纳米管在强酸中超声处理4小时，经洗涤、过滤和干燥得到带有羟基和羧基的功能化碳纳米管；其中强酸为浓硝酸和浓硫酸的混合酸，其体积比控制在1∶3。
(2)将功能化碳纳米管与去离子水共混，超声处理0.5小时，得到分散性很好的碳纳米管水溶液。功能化碳纳米管与去离子水的质量比控制为1∶20。
(3)利用旋涂法将碳纳米管水溶液铺展到石英玻璃基片上时，用不同强度的高压电场对其处理1小时。
(4)将上述步骤中的薄膜在真空干燥箱中进行干燥，温度120℃，时间为0.8小时。
所得碳纳米管薄膜取向良好，导电性能显著提高，其导电率随着电场强度的增加而增加。导电率随电场强度的变化趋势如图4所示。
实施例4
本发明所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，依次按照下列步骤进行：
(1)将碳纳米管在强酸中超声处理10小时，经洗涤、过滤和干燥得到带有羟基和羧基的功能化碳纳米管；其中强酸为浓硝酸和浓硫酸的混合酸，其体积比控制在1∶2。
(2)将功能化碳纳米管与去离子水共混，超声处理5小时，得到分散性很好的碳纳米管水溶液。功能化碳纳米管与去离子水的质量比控制为1∶100。
(3)利用旋涂法将碳纳米管水溶液铺展到基片上，施加高压电场50kV/m，时间2小时。
(4)将上述步骤中的薄膜在真空干燥箱中进行干燥，温度105℃，时间为2.5小时。
实施例5
本发明所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，依次按照下列步骤进行：
(1)将碳纳米管在强酸中超声处理20小时，经洗涤、过滤和干燥得到带有羟基和羧基的功能化碳纳米管；其中强酸为浓硝酸和浓硫酸的混合酸，其体积比控制在1∶8。
(2)将功能化碳纳米管与去离子水共混，超声处理3小时，得到分散性很好的碳纳米管水溶液。功能化碳纳米管与去离子水的质量比控制为1∶80。
(3)利用旋涂法将碳纳米管水溶液铺展到基片上，施加高压电场60kV/m，时间3小时。
(4)将上述步骤中的薄膜在真空干燥箱中进行干燥，温度100℃，时间为3小时。
实施例6
本发明所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，依次按照下列步骤进行：
(1)将碳纳米管在强酸中超声处理6小时，经洗涤、过滤和干燥得到带有羟基和羧基的功能化碳纳米管；其中强酸为浓硝酸和浓硫酸的混合酸，其体积比控制在1∶4。
(2)将功能化碳纳米管与去离子水共混，超声处理5小时，得到分散性很好的碳纳米管水溶液。功能化碳纳米管与去离子水的质量比控制为1∶12。
(3)利用旋涂法将碳纳米管水溶液铺展到基片上，施加高压电场20kV/m，时间12小时。
(4)将上述步骤中的薄膜在真空干燥箱中进行干燥，温度112℃，时间为2小时。

Claims (6)

1.一种高取向碳纳米管薄膜的制备方法，制备碳纳米管溶液并铺展到基片上制备，其特征在于碳纳米管溶液铺展到基片上时施加高压电场。
2.根据权利要求1所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于高压电场控制在1～1000kV/m。
3.根据权利要求2所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于高压电场施加时间为0.1秒～100小时。
4.根据权利要求1、2或3所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于碳纳米管水溶液的制备方法如下：
(1)将碳纳米管在强酸中超声处理0.1～100小时，经洗涤、过滤和干燥得到带有羟基和羧基的功能化碳纳米管；
(2)将功能化碳纳米管与去离子水共混，超声处理0.1～100小时，得到分散性很好的碳
纳米管水溶液。
5.根据权利要求4所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于强酸是浓硝酸和浓硫酸的混合酸，其体积比控制在1∶1～20。
6.根据权利要求5所述的高取向碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于功能化碳纳米管与去离子水的质量比控制为1∶5～10000。
CN2010102474377A 2010-08-08 2010-08-08 高取向碳纳米管薄膜的制备方法 Expired - Fee Related CN101913596B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102474377A CN101913596B (zh) 2010-08-08 2010-08-08 高取向碳纳米管薄膜的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102474377A CN101913596B (zh) 2010-08-08 2010-08-08 高取向碳纳米管薄膜的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101913596A true CN101913596A (zh) 2010-12-15
CN101913596B CN101913596B (zh) 2012-06-06

Family

ID=43321280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102474377A Expired - Fee Related CN101913596B (zh) 2010-08-08 2010-08-08 高取向碳纳米管薄膜的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101913596B (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103115238A (zh) * 2011-11-17 2013-05-22 浙江海洋学院 一种在电场诱导下沉积高一致取向的石墨润滑涂层的制备方法
CN103137944A (zh) * 2011-11-22 2013-06-05 现代自动车株式会社 用于锂硫电池的金属-硫电极及其制备方法
CN103286962A (zh) * 2013-06-27 2013-09-11 中国兵器工业集团第五三研究所 碳纳米管垂直于纤维方向单向增强复合材料的成型方法
CN104326747A (zh) * 2014-10-22 2015-02-04 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种碳材料成型工艺及成型制件
CN104355303A (zh) * 2014-10-22 2015-02-18 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种高导电、导热碳材料薄膜及其成型工艺
CN104599946A (zh) * 2014-12-24 2015-05-06 株洲南车时代电气股份有限公司 一种用于SiC功率器件的碳保护膜的制备方法及应用
CN105771685A (zh) * 2016-03-24 2016-07-20 北京林业大学 基于碳纳米管基底的新型金属-有机骨架材料分离膜及其制备方法
CN106236086A (zh) * 2016-08-19 2016-12-21 京东方科技集团股份有限公司 生物电波检测设备、识别传感器、其干性电极及制作方法
CN109913861A (zh) * 2017-12-13 2019-06-21 北京华碳元芯电子科技有限责任公司 制备碳纳米管薄膜的方法
CN113948665A (zh) * 2020-07-15 2022-01-18 Tcl科技集团股份有限公司 膜层的制备方法、发光二极管及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101654784A (zh) * 2008-08-22 2010-02-24 中国科学院金属研究所 柔性碳纳米管透明导电薄膜材料的制备方法和电沉积装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101654784A (zh) * 2008-08-22 2010-02-24 中国科学院金属研究所 柔性碳纳米管透明导电薄膜材料的制备方法和电沉积装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Organic Electronics》 20090103 Ross A. Hatton et al. Oxidised carbon nanotubes as solution processable, high work function hole-extraction layers for organic solar cells 第388-395页 4-6 第10卷, 2 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103115238A (zh) * 2011-11-17 2013-05-22 浙江海洋学院 一种在电场诱导下沉积高一致取向的石墨润滑涂层的制备方法
CN103137944A (zh) * 2011-11-22 2013-06-05 现代自动车株式会社 用于锂硫电池的金属-硫电极及其制备方法
CN103286962A (zh) * 2013-06-27 2013-09-11 中国兵器工业集团第五三研究所 碳纳米管垂直于纤维方向单向增强复合材料的成型方法
CN104326747B (zh) * 2014-10-22 2018-06-15 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种碳材料成型工艺及成型制件
CN104355303A (zh) * 2014-10-22 2015-02-18 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种高导电、导热碳材料薄膜及其成型工艺
CN104326747A (zh) * 2014-10-22 2015-02-04 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种碳材料成型工艺及成型制件
CN104599946A (zh) * 2014-12-24 2015-05-06 株洲南车时代电气股份有限公司 一种用于SiC功率器件的碳保护膜的制备方法及应用
CN104599946B (zh) * 2014-12-24 2017-06-06 株洲南车时代电气股份有限公司 一种用于SiC功率器件的碳保护膜的制备方法及应用
CN105771685A (zh) * 2016-03-24 2016-07-20 北京林业大学 基于碳纳米管基底的新型金属-有机骨架材料分离膜及其制备方法
CN106236086A (zh) * 2016-08-19 2016-12-21 京东方科技集团股份有限公司 生物电波检测设备、识别传感器、其干性电极及制作方法
CN106236086B (zh) * 2016-08-19 2020-02-28 京东方科技集团股份有限公司 生物电波检测设备、识别传感器、其干性电极及制作方法
CN109913861A (zh) * 2017-12-13 2019-06-21 北京华碳元芯电子科技有限责任公司 制备碳纳米管薄膜的方法
CN109913861B (zh) * 2017-12-13 2021-07-30 北京华碳元芯电子科技有限责任公司 制备碳纳米管薄膜的方法
CN113948665A (zh) * 2020-07-15 2022-01-18 Tcl科技集团股份有限公司 膜层的制备方法、发光二极管及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101913596B (zh) 2012-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101913596B (zh) 高取向碳纳米管薄膜的制备方法
Liu et al. A high performance all-solid-state flexible supercapacitor based on carbon nanotube fiber/carbon nanotubes/polyaniline with a double core-sheathed structure
Di et al. Ultrastrong, foldable, and highly conductive carbon nanotube film
Yan et al. Advances in carbon‐nanotube assembly
Boccaccini et al. Electrophoretic deposition of carbon nanotubes
Zhao et al. Spray deposition of steam treated and functionalized single-walled and multi-walled carbon nanotube films for supercapacitors
Ye et al. A knittable fibriform supercapacitor based on natural cotton thread coated with graphene and carbon nanoparticles
Tong et al. Microfluidic‐spinning‐directed conductive fibers toward flexible micro‐supercapacitors
Xia et al. Buckypaper and its composites for aeronautic applications
Zhang et al. Influence of geometries of multi-walled carbon nanotubes on the pore structures of Buckypaper
Kim et al. Carbon Nanotube‐Adsorbed Electrospun Nanofibrous Membranes of Nylon 6
Liu et al. PANI coated microporous graphene fiber capable of subjecting to external mechanical deformation for high performance flexible supercapacitors
Guo et al. Hybrid pseudocapacitor materials from polyaniline@ multi-walled carbon nanotube with ultrafine nanofiber-assembled network shell
CN105788754B (zh) 碳纳米管透明导电薄膜及其制备方法
US20050181143A1 (en) Control method of arranging carbon nanotubes selectively orientationally on the surface of a substrate
Liu et al. A hydrogel-mediated scalable strategy toward core-shell polyaniline/poly (acrylic acid)-modified carbon nanotube hybrids as efficient electrodes for supercapacitor applications
CN100420626C (zh) 纯碳纳米管薄膜的制备方法
Xia et al. Research on high electromagnetic interference shielding effectiveness of a foldable buckypaper/polyacrylonitrile composite film via interface reinforcing
CN107056318A (zh) 一种碳纳米管‑碳气凝胶复合材料及其制备方法
Ko et al. Meniscus-dragging deposition of single-walled carbon nanotubes for highly uniform, large-area, transparent conductors
Zhai et al. Ultrafast hydrothermal assembly of nanocarbon microfibers in near-critical water for 3D microsupercapacitors
Kanakamedala et al. Study of electrospray assisted electrophoretic deposition of carbon nanotubes on insulator substrates
Zhang et al. Polyamide 6 composites reinforced with glass fibers modified with electrostatically assembled multiwall carbon nanotubes
Stanković et al. Self-assembly of carbon based nanoparticles films by Langmuir-Blodgett method
Zhang et al. Preparation of vertically aligned carbon nanotube/polyaniline composite membranes and the flash welding effect on their supercapacitor properties

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120606

Termination date: 20140808

EXPY Termination of patent right or utility model