CN103043643A

CN103043643A - 碳纳米管薄膜制造设备及制备碳纳米管薄膜的方法

Info

Publication number: CN103043643A
Application number: CN2011103117808A
Authority: CN
Inventors: 李清文; 勇振中; 徐耿; 陈名海
Original assignee: Suzhou Creative Carbon Nanotechnology Co ltd
Current assignee: Suzhou Creative Carbon Nanotechnology Co ltd
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2013-04-17

Abstract

一种碳纳米管薄膜制造设备，用于从碳纳米管阵列中制得连续均匀的碳纳米管薄膜。该设备包括切割装置、牵引装置和连接装置。其中，切割装置用于在碳纳米管阵列边缘处切割出牵引头,并进一步牵引出连续的碳纳米管薄膜；牵引装置，用于牵引所述切割装置，以制得碳纳米管薄膜；连接装置，用于连接所述切割装置和牵引装置。本发明的碳纳米管薄膜制造设备采用了具有刀刃的刀片切割碳纳米管阵列，以得到牵引碳纳米管薄膜的牵引头，刀片与碳纳米管间充分接触，连接可靠，可以连续均匀的制得碳纳米管薄膜。

Description

碳纳米管薄膜制造设备及制备碳纳米管薄膜的方法

技术领域

本发明属于微纳米领域，具体涉及一种碳纳米管薄膜制造设备，以及采用该碳纳米管薄膜制造设备制备碳纳米管薄膜的方法。

背景技术

碳纳米管是一种典型的一维纳米材料，具有完美的碳六边形连接结构，具有高强度，超轻量的力学特性以及独特的石墨层结构形成的特殊电学性质，其独特的力学性质和特殊电学性质一直深受国内外科学工作者的关注。如今，轻质高强的材料技术已经在某种程度上成为衡量国家工业水平的主要标志之一，所以碳纳米管材料独特的轻质高强特性注定要成为研究轻量材料主要方向之一，另外，与碳纤维相比，碳纳米管的形成过程简单，节能，无毒低污染，曾被誉为：“将是价格便宜、环境友好并为人类创造奇迹的材料”。

虽然碳纳米管性能优异，具有广泛的应用，但是一般情况下制备得到的碳纳米管为分散的颗粒状或粉末状，这对人们的应用造成了很多不便。碳纳米管薄膜是碳纳米管实际应用的一种重要形式。具体地，碳纳米管膜已被研究用作场发射源、光电和生物传感器、透明导电体、电池电极、吸波材料、水净化材料、发光材料等。这些应用研究的基础，是碳纳米管薄膜的制备技术。

碳纳米管薄膜材料的质量取决于碳纳米管阵列的质量以及制膜设备和技术等几个方面。目前在可纺丝碳纳米管阵列制备研究方面已经取得了突破性的进展，已经成功实现了大面积（8 Inch）硅片基底上可纺丝碳纳米管阵列的均匀制备，然而在制膜设备和技术等方面的技术研究相对较少。例如中国申请号 200910106771.8专利中，采用黏胶黏贴的方法进行拉膜，但是该方法在操作过程中容易存在碳纳米管局部粘贴不牢的问题，进一步导致碳纳米管薄膜生产的不连续。

因此，迫切需要开发一种连续制备碳纳米管薄膜的方法，可以连续大批量制得碳纳米管薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管薄膜制造设备，其可以连续大批量制得碳纳米管薄膜。

本发明的目的还在于提供一种采用上述碳纳米管薄膜制造设备制备碳纳米管薄膜的方法。

为实现上述发明目的之一，本发明提供一种碳纳米管薄膜制造设备，用于从碳纳米管阵列中制取碳纳米管薄膜，该设备包括：

切割装置，用于从碳纳米管阵列中切割出牵引头；

牵引装置，用于牵引所述切割装置；

连接装置，用于连接所述切割装置和牵引装置。

作为本发明的进一步改进，所述连接装置可以调节所述切割装置所在平面和牵引装置的中轴线间的夹角，所述夹角的范围为60~150 度。

作为本发明的进一步改进，所述牵引装置可以手持牵引或者固定在外界的自动控制机械装置上。

作为本发明的进一步改进，所述切割装置可以在其所在的平面内进行±5度的转动。

作为本发明的进一步改进，所述切割装置包括具有刀刃的刀片，所述刀片的刀刃所在的直线垂直于所述牵引装置的中轴线在刀片上的投影。

作为本发明的进一步改进，所述刀片的刀刃宽度小于2cm，所述刀片的厚度小于1mm。

为实现上述另一发明目的，本发明还提供一种应用上述的碳纳米管薄膜制造设备制备碳纳米管薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

提供一形成于基底上的碳纳米管阵列，并调节所述碳纳米管薄膜制造设备至碳纳米管阵列边缘处的制膜位置；

从所述边缘处的制膜位置，用所述切割装置切入碳纳米管阵列；

在所述牵引装置的牵引下，将所述切割装置朝远离碳纳米管阵列的方向拉伸，以制得碳纳米管薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述切割装置包括具有刀刃的刀片，所述制膜位置是指所述牵引装置的中轴线、切割装置的刀刃、及碳纳米管阵列的基底间互相平行时的位置。

作为本发明的进一步改进，当所述切割装置切入碳纳米管阵列时，碳纳米管薄膜制造设备保持在制膜位置，直至所述刀刃接触到碳纳米管阵列的基底。

作为本发明的进一步改进，当所述碳纳米管薄膜制造设备远离碳纳米管阵列时，所述制得的碳纳米管薄膜所在平面与碳纳米管阵列基底所在平面间夹角的范围为5~40度。

本发明的有益效果是：通过在碳纳米管薄膜制造设备中采用切割装置切割碳纳米管阵列而得到牵引头，使得拉伸时得到的碳纳米管薄膜的端部与切割装置间充分紧密接触，进而使其可以通过范德华力充分紧密粘附于切割装置上，保证了制膜过程的连续不间断。

附图说明

图1是本发明碳纳米管薄膜制造设备一具体实施方式的立体示意图；

图2是本发明碳纳米管薄膜制备方法一具体实施方式中，碳纳米管薄膜制造设备移动到碳纳米管阵列边缘处的制膜位置的示意图；

图3是图2所示的碳纳米管薄膜制造设备切割进碳纳米管阵列中的示意图；

图4是图3所示的碳纳米管薄膜制造设备以一恒定速度牵引出碳纳米管薄膜的示意图；

图5是图4所示的碳纳米管薄膜制造设备在碳纳米管薄膜长度达到一定数值后，以又一恒定速度牵引出碳纳米管薄膜的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参图1至图5，介绍本发明的碳纳米管薄膜制造设备的一具体实施方式。其可以从碳纳米管阵列中制得连续均匀的碳纳米管薄膜。该设备包括切割装置13、牵引装置11和连接装置12。其中，切割装置13用于在碳纳米管阵列20边缘处切割出牵引头（未标示）,并进一步牵引出连续的碳纳米管薄膜21。该切割装置13包括刀片131，刀片131上具有刀刃132，生产时，刀片131具有刀刃132的一端切割入碳纳米管阵列20中，从而得到牵引头。这里提到的牵引头实质上是碳纳米管阵列20中被刀片131切割下来的一部分碳纳米管，这部分碳纳米管会由于范德华力的作用而紧密地粘附于刀片131上，从而起到制备碳纳米管薄膜21过程中牵引头的作用。所谓的范德华力即是指分子间的作用力，实质来说是一种电性的吸引力。

切割装置13可以在其所在的平面内进行±5度的转动。在本实施方式中，刀片131实质上构成了切割装置13的主体部分，即刀片131可以在其所在的平面内进行±5度的转动。由于碳纳米管阵列20是生长形成于基底30上，为了得到均匀的碳纳米管薄膜21，刀片131需要切割至刀刃132与基底30充分接触的位置。当刀片131切割进碳纳米管阵列20时，由于碳纳米管阵列20内部作用力的原因，刀片131的刀刃132可能不能与基底30充分地接触，而刀片131这种可以在其所在平面内进行“微转动”的设置保证了刀片131的刀刃132切割进碳纳米管阵列20后，可以进行二次的位置微调，保证刀片131的刀刃132与基底30的充分接触。

这里需要说明的是，由于碳纳米管是一维的纳米级材料，上述实施方式中，虽然刀片131的刀刃132在宏观上已经与碳纳米管阵列20的基底30充分接触，但在微观角度上来说，切割下的部分碳纳米管与碳纳米管阵列20中的碳纳米管之间任然互相缠绕在一起，而不会被切断。并且切割下来的部分碳纳米管会由于范德华力的作用粘附于刀片131上。同时，由于采用了刀片131切割的方式，所以碳纳米管阵列20的被切割的位置非常整齐，保证了后续牵引拉伸中可以得到均匀的碳纳米管薄膜21；并且刀片131与切割下来的碳纳米管之间接触充分，不会有部分碳纳米管脱落的状况，保证了碳纳米管薄膜制备的连续性。

刀片131的刀刃132的宽度实质上决定了制得的碳纳米管薄膜21的宽度。在本实施方式中，刀片131的刀刃132的宽度小于2cm，并且可以根据需要制得的碳纳米管薄膜21的宽度选择不同宽度刀刃的刀片。刀片131的厚度通常小于1mm，这是为了保证切割装置13切入进碳纳米管阵列20时，不会对碳纳米管阵列20的形态造成影响，同时保证了切割的准确可靠。

牵引装置11用于牵引切割装置13。在本实施方式中，可以通过人工手持或者连接固定至外界的自动控制机械上的方式，为该牵引装置11提供牵引力。牵引装置11可以是手柄或者外接杆。当牵引装置11牵引切割装置13时，切割装置13上刀刃132所在直线垂直于此时作用在牵引装置11上的力，对应的，即刀刃132所在的直线垂直于手柄或外接杆的中轴线。如此设置是为了保证牵引拉伸出的碳纳米管薄膜21的受力的均匀，保证生产的连续。

连接装置12用于连接切割装置13和牵引装置11，并且该连接装置12可以调节切割装置13所在平面和牵引装置11的中轴线之间的夹角。在本实施方式中，即是指刀片131所在平面与牵引装置11的中轴线间的夹角，该夹角的范围为60~150度。

以下将介绍本发明碳纳米管薄膜制备方法的一具体实施方式。

参图1和图2，提供一形成于基底上的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列可以由为业界熟知的任意手段制得；通过调节连接装置，使切割装置的刀片所在平面与牵引装置的中轴线间的夹角到120度，并将该碳纳米管薄膜制造设备移动至碳纳米管阵列边缘处的制膜位置。本实施方式中所采用的刀片厚度为0.5mm。

这里所说的制膜位置是指：当牵引装置的中轴线、切割装置中刀片的刀刃、及碳纳米管阵列的基底间互相平行时的位置。这种制膜位置的设置，可以保证作用在牵引装置上的力可以最大限度地作用到切割装置上。

参图3，在该碳纳米管阵列边缘的制膜位置处将切割装置切入碳纳米管阵列，直至切割装置中刀片的刀刃与碳纳米管阵列的基底充分接触。其中切入时，切割装置中刀片的刀刃与垂直于碳纳米管阵列基底的直线间保持30度的夹角。

参图4，在牵引装置的牵引下，将切割装置朝远离碳纳米管阵列的方向拉伸。此时保证碳纳米管薄膜制造设备的移动速度为0.5cm/s。切割下的碳纳米管由于范德华力的作用粘附于刀片上，在牵引移动碳纳米管薄膜制造设备的过程中实现碳纳米管薄膜的制备。

参图5，当上述制得的碳纳米管薄膜达到一定长度后，继续朝远离碳纳米管阵列的方向牵引碳纳米管薄膜制造设备，但此时的牵引速度保持为1cm/s。同时保持制得的碳纳米管薄膜与碳纳米管阵列基底所在平面的夹角在5~40度之间，优选地，本实施方式中该夹角控制在20度。这样可以保证碳纳米管薄膜可以被连续地从碳纳米管阵列中牵引拉伸出来，保证制膜过程的连续可靠。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种碳纳米管薄膜制造设备，用于从碳纳米管阵列中制取碳纳米管薄膜，其特征在于，该设备包括：

切割装置，用于从碳纳米管阵列中切割出牵引头；

牵引装置，用于牵引所述切割装置；

连接装置，用于连接所述切割装置和牵引装置。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜制造设备，其特征在于：所述连接装置可以调节所述切割装置所在平面和牵引装置的中轴线间的夹角，所述夹角的范围为60~150 度。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜制造设备，其特征在于：所述牵引装置可以手持牵引或者固定在外界的自动控制机械装置上。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜制造设备，其特征在于：所述切割装置可以在其所在的平面内进行±5度的转动。

5.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜制造设备，其特征在于：所述切割装置包括具有刀刃的刀片，所述刀片的刀刃所在的直线垂直于所述牵引装置的中轴线在刀片上的投影。

6.根据权利要求5所述的碳纳米管薄膜制造设备，其特征在于：所述刀片的刀刃宽度小于2cm，所述刀片的厚度小于1mm。

7.一种应用权利要求1至6之任意一项所述的碳纳米管薄膜制造设备制备碳纳米管薄膜的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述切割装置包括具有刀刃的刀片，所述制膜位置是指所述牵引装置的中轴线、切割装置的刀刃、及碳纳米管阵列的基底间互相平行时的位置。

9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于：当所述切割装置切入碳纳米管阵列时，碳纳米管薄膜制造设备保持在制膜位置，直至所述刀刃接触到碳纳米管阵列的基底。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：当所述碳纳米管薄膜制造设备远离碳纳米管阵列时，所述制得的碳纳米管薄膜所在平面与碳纳米管阵列基底所在平面间夹角的范围为5~40度。