CN103964411A - 处理碳纳米管膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种处理碳纳米管的方法，其包括：提供一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管沿一第一方向延伸；将所述碳纳米管膜悬空设置；以及使用雾化的有机溶剂浸润处理所述悬空设置的碳纳米管膜，该雾化的有机溶剂包括多个有机溶剂雾滴，该多个有机溶剂雾滴的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米。所述碳纳米管膜经过上述方法处理后变得更加透明。

Description

处理碳纳米管膜的方法

技术领域

本发明涉及一种处理碳纳米管膜的方法。

背景技术

范守善等人在2008年8月13日公开的中国专利申请CN101239712A中揭露了一种从一碳纳米管阵列中直接拉取获得的连续的宏观尺度的碳纳米管膜，这种碳纳米管膜包括多个在范德华力作用下首尾相接的碳纳米管。由于该碳纳米管膜中碳纳米管基本平行于碳纳米管膜表面排列，这种宏观尺度的碳纳米管膜具有一定的透明度。另外，由于该碳纳米管膜中碳纳米管基本沿同一方向排列，因此该碳纳米管膜能够较好的发挥碳纳米管轴向具有的导电及导热等各种优异性质，具有极为广泛的应用前景。然而，由于上述碳纳米管膜的一般呈现黑色或灰黑色，作为透明导电元件在应用上具有一定的局限性。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种处理碳纳米管膜的方法，从而使得处理后的碳纳米管膜比较透明。

一种处理碳纳米管的方法，其包括：提供一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管沿一第一方向延伸；将所述碳纳米管膜悬空设置；以及使用雾化的有机溶剂浸润处理所述悬空设置的碳纳米管膜，该雾化的有机溶剂包括多个有机溶剂雾滴，该多个有机溶剂雾滴的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米。

一种处理碳纳米管膜的方法，其包括：提供一碳纳米管阵列；从所述碳纳米管阵列中拉取一碳纳米管膜，该碳纳米管膜的一端与该碳纳米管阵列相连，另一端固定于一抽取装置；至少一个雾化喷头设置于所述碳纳米管膜的上方；雾化所述有机溶剂形成所述多个有机溶剂雾滴，该多个有机溶剂雾滴的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米，该多个有机溶剂雾滴分别从所述至少一个雾化喷头中喷出并洒落在所述碳纳米管膜上以浸润该碳纳米管膜，得到一处理后的碳纳米管膜；旋转所述抽取装置，所述处理后的碳纳米管膜带动所述碳纳米管膜沿远离所述碳纳米管阵列的方向运动，并依次经过所述至少一个雾化喷头的下方且被所述多个有机溶剂雾滴浸润。

与现有技术相比较，由本发明提供的处理碳纳米管膜的方法，通过使用雾化的有机溶剂浸润处理所述碳纳米管膜，且该雾化的有机溶剂包括多个分散的有机溶剂雾滴，该多个有机溶剂雾滴的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米，从而使得该碳纳米管膜中的碳纳米管收缩形成肉眼几乎看不到的结构，因此，该处理后的碳纳米管膜变得比较透明。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的碳纳米管膜的制备方法流程图。

图2为本发明实施例碳纳米管膜制备工艺流程图。

图3为本发明实施例采用的碳纳米管膜的扫描电镜照片图。

图4本发明实施例提供的未经雾化的有机溶剂浸润处理的碳纳米管膜的照片图。

图5本发明实施例提供的处理后的碳纳米管膜的照片图。

主要元件符号说明

碳纳米管阵列	110
		碳纳米管膜	120
有机溶剂	130
		有机溶剂雾滴	132
雾化喷头	134
		处理后的碳纳米管膜	140
抽取装置	150

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

请参阅图1及图2，本发明实施例提供一种处理碳纳米管膜的方法，经过该方法处理过的碳纳米管膜更加透明。具体地，该处理方法包括以下步骤：

S10，提供一碳纳米管膜120，该碳纳米管膜120包括多个基本沿同一方向排列的碳纳米管；

S20，将所述碳纳米管膜120悬空设置；以及

S30，使用雾化的有机溶剂浸润处理所述悬空设置的碳纳米管膜120，使该悬空设置的碳纳米管膜120收缩形成一处理后的碳纳米管膜140，该雾化的有机溶剂包括多个有机溶剂雾滴132，该多个有机溶剂雾滴的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米。

使一有机溶剂130形成多个有机溶剂雾滴132，且该多个有机溶剂雾滴132浸润所述碳纳米管膜120以形成一处理后的碳纳米管膜140，其中，该多个有机溶剂雾滴132的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米。

在所述步骤S10中，所述碳纳米管膜120是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。请参阅图3，所述碳纳米管膜120中大多数碳纳米管的轴向基本沿同一方向延伸。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。进一步地，所述碳纳米管膜120包括多个相互平行的碳纳米管及通过范德华力首尾相连的碳纳米管。具体地，所述碳纳米管膜120中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管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。当然，所述碳纳米管膜120中存在少数偏离该延伸方向的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述自支撑主要通过碳纳米管膜120中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。

具体地，所述碳纳米管膜120中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。

具体地，所述碳纳米管膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管束。该多个碳纳米管束通过范德华力沿同一方向首尾相连。每一碳纳米管束包括多个通过范德华力紧密结合的相互平行的碳纳米管。该碳纳米管束具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该碳纳米管膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。

其中，所述碳纳米管膜120的制备方法包括以下步骤：

S111，提供一碳纳米管阵列110，优选地，该阵列为超顺排碳纳米管阵列。

所述碳纳米管阵列110为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列及多壁碳纳米管阵列中的一种或多种。本实施例中，该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）提供一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅基底，本实施例优选为采用4英寸的硅基底；（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50微米~5毫米。该超顺排碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。通过上述控制生长条件，该超顺排碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。该碳纳米管阵列中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。该碳纳米管阵列与上述基底面积基本相同。本实施例中碳源气可选用乙炔、乙烯、甲烷等化学性质较活泼的碳氢化合物，本实施例优选的碳源气为乙炔；保护气体为氮气或惰性气体，本实施例优选的保护气体为氩气。

可以理解，所述碳纳米管阵列110不限于上述制备方法，也可为石墨电极恒流电弧放电沉积法、激光蒸发沉积法等。

S112，采用一拉伸工具从所述碳纳米管阵列110中拉取获得所述碳纳米管膜120。

所述步骤S112具体包括以下步骤：（a）从上述碳纳米管阵列110中选定一定宽度的多个碳纳米管片断，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带接触碳纳米管阵列110以选定一定宽度的多个碳纳米管片断；（b）以一定速度沿基本平行于所述第一方向X拉取该多个碳纳米管片断，以形成一连续的碳纳米管膜120。

在上述拉取过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片断分别与其它碳纳米管片断首尾相连地连续地被拉出，从而形成所述碳纳米管膜120。该碳纳米管膜120中的碳纳米管束及碳纳米管束中的碳纳米管相对比较松散。

步骤S30主要是使用雾化的有机溶剂至少一次浸润处理悬空的碳纳米管膜120。其中，该雾化的有机溶剂可以是事先准备，也可以是即时制备的。当该雾化的有机溶剂是即时制备时，该步骤S30可以包括：提供一挥发性有机溶剂130；将所述有机溶剂130雾化形成所述多个分散的有机溶剂雾滴132，该多个有机溶剂雾滴132喷洒在所述悬空设置的碳纳米管膜120的表面并逐渐渗透进该碳纳米管膜120中的碳纳米管上，使得该悬空的碳纳米管膜120被该多个有机溶剂雾滴132浸润至少一次。所述有机溶剂雾滴132为悬浮于周围介质中的细小的有机溶剂液滴。其中，可以采用超声波雾化、高压雾化等方式使所述有机溶剂130雾化成有机溶剂雾滴132，使得雾化后的有机溶剂的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米。

具体地，提供所述有机溶剂130；将所述有机溶剂130雾化成细小的有机溶剂雾滴132，该有机溶剂雾滴132的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米，如20微米，50微米；然后将该有机溶剂有机溶剂雾滴132喷洒在所述碳纳米管膜120的表面，进入该碳纳米管膜120中，使得有机溶剂雾滴132至少一次浸润该碳纳米管膜120，进而使得该碳纳米管膜120收缩形成所述处理后的碳纳米管膜140。其中，该有机溶剂雾滴的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米可以保证该碳纳米管膜120与该有机溶剂雾滴之间具有合适的界面张力使该碳纳米管膜120收缩，且使得该碳纳米管膜120中的碳纳米管均匀分散，从而形成所述处理后的碳纳米管膜140。

由于有机溶剂130具有较高的挥发性，易于挥发，所以，当所述有机溶剂雾滴132喷洒在所述碳纳米管膜120上，并渗透进该碳纳米管膜120时，有机溶剂雾滴132挥发，使碳纳米管膜120中原有的比较松散的碳纳米管束收紧，由于所述有机溶剂雾滴132的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米，尺寸较小，每个有机溶剂雾滴132浸润的碳纳米管膜120中的碳纳米管束的范围有限，从而使得碳纳米管膜120中的碳纳米管束收缩后的直径小于等于10微米，同时肉眼几乎观察不到处理后的碳纳米管膜140中的碳纳米管束。因此，所述碳纳米管膜120由原来的呈黑色或灰黑色，如图4所示，经过有机溶剂液滴处理后，形成的处理后的碳纳米管膜140变得比较透明，如图5所示。所以，该处理后的碳纳米管膜140可以作为透明导电元件，可以广泛地应用于显示器件中，如触摸屏。

所述有机溶剂130具有较高的挥发性，易于挥发。该有机溶剂130可以为乙醇、甲醇、丙酮或乙酸等可挥发性溶剂。在喷洒有机溶剂130的有机溶剂雾滴132的过程中，应确保有机溶剂雾滴132喷出时的气流的压强比较小，不能吹破所述碳纳米管膜120。

该步骤S30包括使用所述雾化的有机溶剂多次浸润处理悬空的碳纳米管膜120。此时，该步骤可以包括以下分步骤：

提供至少一个雾化喷头134，该至少一个雾化喷头134设置于所述碳纳米管膜120的上方；以及

使该至少一个雾化喷头134与所述悬空设置的碳纳米管膜120沿平行于第一方向X的方向做相对运动，同时，雾化所述有机溶剂130使所述有机溶剂130形成多个有机溶剂雾滴132，该多个有机溶剂雾滴132从所述至少一个雾化喷头134喷洒在所述碳纳米管膜120上，以浸润该碳纳米管膜120使该碳纳米管膜120收缩形成所述处理后的碳纳米管膜140。

当所述碳纳米管膜120经过多次有机溶剂雾滴132浸润处理时，所述雾化喷头134的数量可以是一个，该一个雾化喷头134可以沿所述第一方向X在所述碳纳米管膜120上方移动。具体地，固定所述悬空设置的碳纳米管膜，同时，采用该一个雾化喷头134沿平行于所述第一方向X的方向来回移动，且使得该碳纳米管膜120在各个方向上均被多次浸润，即，经过该雾化喷头134喷出的有机溶剂雾滴132不仅覆盖该碳纳米管膜120的长度方向，而且也覆盖该碳纳米管膜120的宽度方向。此外，该步骤S30也可以采用多个沿一第二方向设置的雾化喷头134，且使该多个雾化喷头134沿平行于该第一方向X的方向往复运动，从而使得悬空设置的碳纳米管膜120被多次浸润处理。其中，该第二方向与第一方向X交叉设置。优选地，该第二方向垂直于该第一方向X。

另外，该步骤S30还可以通过以下步骤实现。具体地，提供多个雾化喷头134，且该多个雾化喷头134沿第一方向X设置于所述碳纳米管膜120的上方；以及雾化所述有机溶剂130使所述有机溶剂130形成有机溶剂雾滴132，并分别从多个雾化喷头134喷出并洒在所述碳纳米管膜120上，同时使所述碳纳米管膜沿第一方向X移动，从而使得该碳纳米管膜120经过多次有机溶剂的有机溶剂雾滴132的浸润形成所述处理后的碳纳米管膜140。

因此，无论该步骤S30采用何种方向实现，至少使得悬空设置的碳纳米管膜120在宽度方向上被所述雾化的有机溶剂浸润。优选地，该碳纳米管膜120在长度方向及宽度方向上均被雾化的有机溶剂浸润。具体地，该步骤S30无论采用一个雾化喷头134还是多个雾化喷头134实现，雾化喷头134的排列方式都应该满足使得从雾化喷头134中喷出的有机溶剂雾滴132至少能够覆盖所述碳纳米管膜120的宽度方向，从而保证该碳纳米管膜120均匀被浸润。其中，所述多个雾化喷头134包括至少两个雾化喷头134。

本实施例中，该步骤S30采用一个雾化喷头134沿第一方向X做往返运动，使得所述碳纳米管膜120两次经过有机溶剂雾滴132的浸润处理。具体地，所述碳纳米管膜120的一端与所述碳纳米管阵列110连接，另一端固定于一抽取装置150，且位于该碳纳米管阵列110与抽取装置150之间的碳纳米管膜120是悬空设置的。其中，运动该抽取装置150可以使得该碳纳米管膜120沿第一方向X连续地从所述碳纳米管阵列110中拉出。所述一个雾化喷头134设置在所述悬空设置的碳纳米管膜120的上方。采用高压雾化的方式使得所述有机溶剂130形成多个有机溶剂有机溶剂雾滴132并分别从该雾化喷头134中喷出洒落在所述悬空设置的碳纳米管膜120的表面，浸润该碳纳米管膜120使该碳纳米管膜120收缩。旋转所述抽取装置150，碳纳米管膜120连续地沿第一方向X从碳纳米管阵列中被拉出，所述雾化喷头134的在该碳纳米管膜120的上方做往返运动使该碳纳米管膜120两次经过所述有机溶剂雾滴132浸润处理，并收缩形成所述处理后的碳纳米管膜140。本实施例中，所述有机溶剂130为乙醇。

可以理解，所述抽取装置150不仅可以使得所述碳纳米管膜120不断从碳纳米管阵列中拉出外，还可以收集所述处理后的碳纳米管膜140。

该碳纳米管膜120经过多次的雾化的有机溶剂浸润处理可以使得该碳纳米管膜120多次收缩在一起。具体地，该碳纳米管膜120多次受到有机溶剂雾滴132的浸润并多次收缩。在该碳纳米管膜120受到多次浸润处理的过程中，由于所述多个有机溶剂雾滴132在该多次浸润处理中洒落在该碳纳米管膜120的位置不同，由于雾滴尺寸小，该碳纳米管膜120中的位于同一位置的碳纳米管束先后受到的表面张力也不同，从而使得该位于同一位置的碳纳米管膜中的碳纳米管束先后受到不同程度的收缩，不会将多个碳纳米管束聚集形成黑色线状结构，收缩后的碳纳米管束相互交叉形成一具有均匀的网状结构的处理后的碳纳米管膜140，该处理后的碳纳米管膜140中的网状结构肉眼几乎观察不到。因此，该处理后的碳纳米管膜140比较透明。同时，该碳纳米管膜120经过多次浸润处理后，该碳纳米管膜120均匀收缩，从而使得形成的处理后的碳纳米管膜140中的碳纳米管分布更加均匀，也使得该处理后的碳纳米管膜140具有较高的抗拉强度。优选地，该步骤S20中，所述碳纳米管膜120经过多次有机溶剂浸润处理，且每次有机溶剂130都经过雾化处理形成有机溶剂雾滴132。所述碳纳米管膜120需要经过多次上述的雾化的有机溶剂处理形成的处理后的碳纳米管膜140不仅比较透明，而且还具有较高的强度，即使该处理后的碳纳米管膜140缠绕在抽取装置150上，该处理后的碳纳米管膜140也不会被拉断，从而可以实现连续生产处理后的碳纳米管膜140。

因此，本实施例提供的碳纳米管膜制备方法不需要采用激光处理，只需要采用粒径为大于等于10微米，且小于等于100微米的有机溶剂有机溶剂雾滴132浸润处理所述碳纳米管膜120就可以使得比较透明的处理后的碳纳米管膜。所以，该碳纳米管膜的处理方法比较简单、高效，而且易于操作。另外，该碳纳米管膜的处理方法不会对环境造成污染，适合大规模生产。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，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之内。

Claims (11)

1.一种处理碳纳米管膜的方法，包括：

提供一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管沿一第一方向延伸；

将所述碳纳米管膜悬空设置；以及

使用雾化的有机溶剂浸润处理所述悬空设置的碳纳米管膜，该雾化的有机溶剂包括多个有机溶剂雾滴，该多个有机溶剂雾滴的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米。

2.如权利要求1所述的处理碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述使用雾化的有机溶剂浸润处理所述悬空设置的碳纳米管膜的步骤包括：提供一有机溶剂；雾化所述有机溶剂，使该雾化的有机溶剂中的有机溶剂雾滴的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米；以及将雾化的有机溶剂浸润该悬空设置的碳纳米管膜。

3.如权利要求2所述的处理碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述雾化有机溶剂的方法为超声波雾化法或高压雾化法。

4.如权利要求2所述的处理碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述有机溶剂为酒精、甲醇、丙酮或乙酸。

5.如权利要求1所述的处理碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述使用雾化的有机溶剂浸润处理所述悬空设置的碳纳米管膜的步骤进一步包括多次使用所述雾化的有机溶剂浸润处理所述悬空设置的碳纳米管膜。

6.如权利要求1所述的处理碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述使用雾化的有机溶剂浸润处理所述悬空设置的碳纳米管膜的步骤具体包括：提供至少一雾化喷头；使所述至少一雾化喷头与所述悬空设置的碳纳米管膜沿平行于所述第一方向的方向相对移动。

7.如权利要求1所述的处理碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述使用雾化的有机溶剂浸润处理所述悬空设置的碳纳米管膜的步骤具体包括：提供多个雾化喷头，并将该多个雾化喷头沿所述第一方向设置在所述碳纳米管膜的上方；以及使所述碳纳米管膜连续地通过所述多个雾化喷头的下方。

8.如权利要求1所述的处理碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述使用雾化的有机溶剂浸润处理所述悬空设置的碳纳米管膜的步骤具体包括：提供多个雾化喷头，该多个雾化喷头沿一第二方向排列，将所述多个雾化喷头与所述悬空设置的碳纳米管膜沿平行于所述第一方向的方向相对移动，其中，该第二方向与第一方向交叉设置。

9.如权利要求1所述的处理碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述提供碳纳米管膜的步骤包括：提供一碳纳米管阵列；以及从所述碳纳米管阵列中拉出所述碳纳米管膜，且该碳纳米管膜的一端与该碳纳米管阵列相连，另一端固定于一抽取装置，该抽取装置使所述碳纳米管膜在悬空状态下连续地从所述碳纳米管阵列中拉出，所述碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向与所述拉出方向一致。

10.一种处理碳纳米管膜的方法，包括：

提供一碳纳米管阵列；

从所述碳纳米管阵列中拉取一碳纳米管膜，该碳纳米管膜的一端与该碳纳米管阵列相连，另一端固定于一抽取装置；

至少一个雾化喷头设置于所述碳纳米管膜的上方；

雾化所述有机溶剂形成所述多个有机溶剂雾滴，该多个有机溶剂雾滴的粒径大于等于10微米，且小于等于100微米，该多个有机溶剂雾滴分别从所述至少一个雾化喷头中喷出并洒落在所述碳纳米管膜上以浸润该碳纳米管膜，得到一处理后的碳纳米管膜；

旋转所述抽取装置，所述处理后的碳纳米管膜带动所述碳纳米管膜沿远离所述碳纳米管阵列的方向运动，并依次经过所述至少一个雾化喷头的下方且被所述多个有机溶剂雾滴浸润。

11.如权利要求10所述的处理碳纳米管膜的方法，其特征在于，所述至少一个雾化喷头设置于所述碳纳米管膜的上方的步骤包括：提供多个雾化喷头，并将该多个雾化喷头设置在所述碳纳米管膜的上方。