CN105399044A - 碳纳米管膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：提供多个分别转移至不同代替基底的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的形态能够使得碳纳米管膜从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该碳纳米管膜包括多个首尾相连的碳纳米管；将该多个代替基底并排设置，从而使该多个碳纳米管阵列的侧面相互接触，通过范德华力结合，形成一拼接阵列，该拼接阵列的面积大于该碳纳米阵列的面积；以及从该拼接阵列拉取该碳纳米管膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纳米管膜的制备方法，尤其涉及一种从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜的制备方法。
背景技术
碳纳米管是一种由石墨烯片卷成的中空管状物，其具有优异的力学、热学及电学性质，因此具有广阔的应用领域。由于单根碳纳米管的尺寸为纳米级，难于加以利用，人们尝试将多个碳纳米管作为原材料，制成具有较大尺寸的宏观碳纳米管膜。例如由多个碳纳米管形成的宏观膜状结构，如碳纳米管膜。公告号为CN101458975B的中国发明专利中揭露了一种从碳纳米管阵列中直接拉取获得的碳纳米管膜，这种碳纳米管膜具有较好的透明度，且具有宏观尺度并能够自支撑，其包括多个在范德华力作用下首尾相连的碳纳米管。由于这种直接从阵列中拉取获得的碳纳米管膜中碳纳米管基本沿同一方向延伸，因此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，具有极为广泛的产业前景，例如可以应用于触摸屏（如中国专利CN101419518B）、液晶显示器（如中国专利CN101498865B）、扬声器（如中国专利CN101605289B）、加热装置（如中国专利CN101868066B）、薄膜晶体管（如中国专利CN101582449B）及导电线缆（如中国专利CN101499337B）等多种领域。
然而，该碳纳米管膜从一碳纳米管阵列中拉出，膜的尺寸受到该碳纳米管阵列尺寸的限制。现有技术中的能够用于拉取碳纳米管膜的碳纳米管阵列是采用化学气相沉积法在生长基底表面生长获得。生长基底的尺寸不但受到制造工艺的限制，还受化学气相沉积反应炉尺寸的限制。目前用于生长碳纳米管阵列的生长基底最大直径约为8英寸，难以满足更大尺寸碳纳米管膜的生产需要。
中国专利CN101734644B公开了一种碳纳米管膜的制备方法，其将从碳纳米管阵列中拉出的碳纳米管膜进一步横向拉伸，从而使碳纳米管膜的宽度方向的尺寸扩大，得到宽度较宽的碳纳米管膜。中国专利CN101676452B公开了一种碳纳米管膜的制备方法，其将从不同碳纳米管阵列的多个碳纳米管膜的端部相互接触实现连接，形成长度延长的碳纳米管膜。然而，从碳纳米管阵列中拉取得到的碳纳米管膜是一种仅由碳纳米管之间通过范德华力相互吸引而搭接形成的超薄膜，对碳纳米管膜进行拉伸或连接时，稍有不慎即会造成碳纳米管膜的破裂，因此这种方法难于大规模实际应用。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种能够解决上述问题的碳纳米管膜的制备方法。
一种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：提供多个分别转移至不同代替基底的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的形态能够使得碳纳米管膜从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该碳纳米管膜包括多个首尾相连的碳纳米管；将该多个代替基底并排设置，从而使该多个碳纳米管阵列的侧面相互接触，通过范德华力结合，形成一拼接阵列，该拼接阵列的面积大于该碳纳米阵列的面积；以及从该拼接阵列拉取该碳纳米管膜。
相较于现有技术，本发明通过将碳纳米管阵列转移至代替基底，并保持该碳纳米管阵列仍具有拉膜性能，当需要宽度较宽或长度较长的碳纳米管膜时，通过将多个该代替基底并排设置，使多个碳纳米管阵列相互接触，拼接成完整的拼接阵列，再从该拼接阵列中拉取宽度较宽或长度较长的碳纳米管膜，而避免了对厚度较小的碳纳米管膜进行直接操作引起的破坏。
附图说明
图1为本发明施例提供的碳纳米管膜的制备方法的俯视示意图。
图2为本发明一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图3为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
图4为本发明实施例从碳纳米管阵列中拉取获得碳纳米管膜的结构示意图。
图5为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图6为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图7为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图8为本发明另一实施例提供的碳纳米管阵列的转移方法的侧视示意图。
图9为本发明实施例设置于两个并排设置的代替基底上的拼接阵列的侧视示意图。
图10为本发明实施例从拼接阵列拉取碳纳米管膜的侧视示意图。
主要元件符号说明
| 碳纳米管阵列 | 10, 10’ |
| 第一表面 | 102 |
| 第二表面 | 104 |
| 侧面 | 106 |
| 生长基底 | 20 |
| 间隔装置 | 22 |
| 生长基底的表面 | 202 |
| 代替基底 | 30 |
| 代替基底的表面 | 302 |
| 微结构 | 304 |
| 碳纳米管膜 | 40 |
| 拉取工具 | 50 |
| 液态介质 | 60 |
| 固态介质 | 60’ |
| 低温箱 | 70 |
| 拼接阵列 | 80 |
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
以下将结合附图对本发明的碳纳米管膜的制备方法作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：
S1，提供多个分别转移至不同代替基底30的碳纳米管阵列10，该碳纳米管阵列10的形态能够使得碳纳米管膜40可以从该碳纳米管阵列10中连续地拉出，该碳纳米管膜40包括多个首尾相连的碳纳米管；
S2，将该多个代替基底30并排设置，从而使该多个碳纳米管阵列10的侧面相互接触，通过范德华力结合，形成一拼接阵列80，该拼接阵列80的面积大于该碳纳米阵列10的面积；以及
S3，从该拼接阵列80拉取该碳纳米管膜40。
该碳纳米管膜40包括首尾相连的碳纳米管，是由多个碳纳米管通过范德华力相互结合并首尾相连形成的宏观结构。
【碳纳米管阵列的转移】
请参阅图2，在该步骤S1中，该碳纳米管阵列10通过如下步骤转移至该代替基底30：
S11，提供一代替基底30及一生长基底20，该生长基底20的表面202具有碳纳米管阵列10，该碳纳米管阵列10的形态能够使得一碳纳米管膜40可以从该碳纳米管阵列10中连续地拉出；
S12，将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该代替基底30的表面302，并保持该碳纳米管阵列10的形态仍能够使该碳纳米管膜40从该碳纳米管阵列10中连续地拉出。
首先对生长于该生长基底20且能够从中拉取碳纳米管膜40的碳纳米管阵列10进行介绍。
该碳纳米管阵列10为通过化学气相沉积的方法生长在该生长基底20的表面202。该碳纳米管阵列10中的碳纳米管基本彼此平行且垂直于生长基底20表面202，相邻的碳纳米管之间相互接触并通过范德华力相结合。通过控制生长条件，该碳纳米管阵列10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。由于基本不含杂质且碳纳米管相互间紧密接触，相邻的碳纳米管之间具有较大的范德华力，足以使在拉取一些碳纳米管（碳纳米管片段）时，能够使相邻的碳纳米管通过范德华力的作用被首尾相连，连续不断的拉出，由此形成连续的自支撑的宏观膜状结构，即碳纳米管膜40。这种能够使碳纳米管首尾相连的从其中拉出的碳纳米管阵列10也称为超顺排碳纳米管阵列10。该生长基底20的材料可以为P型硅、N型硅或氧化硅等适合生长超顺排碳纳米管阵列10的基底。
从碳纳米管阵列10中连续地拉出的该碳纳米管膜40包括多个首尾相连的碳纳米管。更为具体的，该碳纳米管膜40为可以实现自支撑的碳纳米管膜40，该碳纳米管膜40包括多个基本沿相同方向排列的碳纳米管。请参阅图3及图4，在该碳纳米管膜40中碳纳米管为沿同一方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜40中大多数碳纳米管的整体延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于该碳纳米管膜40的表面。进一步地，所述碳纳米管膜40中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管膜40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，从而使该碳纳米管膜40能够实现自支撑。当然，所述碳纳米管膜40中存在少数随机排列的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管膜40中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。进一步地，所述碳纳米管膜40可包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。另外，所述碳纳米管膜40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40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而部分分离的情况。实际上，该碳纳米管膜40具有较多间隙，即相邻的碳纳米管之间具有间隙，使该碳纳米管膜40可以具有较好的透明度。然而，相邻碳纳米管之间接触的部分以及首尾相连的碳纳米管之间连接的部分的范德华力已经足够维持该碳纳米管膜40整体的自支持性。该碳纳米管膜40的厚度约为0.5纳米至100微米，优选为0.5纳米至10微米。
所述自支撑是该碳纳米管膜40不需要大面积的载体支撑，而只要一边或相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状，即将该碳纳米管膜40置于（或固定于）间隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管膜40能够悬空保持自身膜状。所述自支撑主要通过碳纳米管膜40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。
所述能够从中拉取碳纳米管膜40的碳纳米管阵列10的制备方法已为众多前案公开，例如可参阅冯辰等人在2008年8月13日公开的中国专利申请CN101239712A。
该代替基底30为固态，具有一表面302，作为设置该碳纳米管阵列10的表面。该代替基底30可以为硬质基底或柔性基底，如金属、玻璃、石英、硅、二氧化硅、塑料或树脂，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯或聚二甲基硅氧烷(PDMS)。在优选的实施例中，该代替基底30为弹性基底。将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该代替基底30的表面302这一过程中，该碳纳米管阵列10的形态应基本得到保持，得以在转移至该代替基底30后，仍能够使该碳纳米管膜40从中连续地拉出为准，也就是仍保持为一超顺排碳纳米管阵列。
在保持该碳纳米管阵列10的形态的前提下，当该碳纳米管阵列10转移至该代替基底30后，该碳纳米管阵列10倒立设置于该代替基底30表面302。也就是该碳纳米管阵列10包括一第一表面102、与该第一表面102相对的第二表面104以及将该第一表面102与第二表面104相连接的侧面106。碳纳米管从生长基底20的表面202长出，形成碳纳米管阵列10，碳纳米管靠近该生长基底20的一端为底端，远离生长基底20的一端为顶端。在该生长基底20上，该第一表面102由该碳纳米管阵列10中所有碳纳米管的底端共同形成，该第二表面104由该碳纳米管阵列10中所有碳纳米管的顶端共同形成，该侧面106由该碳纳米管阵列10中位于外侧的碳纳米管的管壁共同形成。该碳纳米管阵列10的第一表面102靠近或设置在该生长基底20的表面202，为碳纳米管阵列10的生长底端，该第二表面104为远离该生长基底20的表面，为碳纳米管阵列10的生长顶端。当该碳纳米管阵列10转移至该代替基底30后，该碳纳米管阵列10的第二表面104靠近或设置在该代替基底30的表面302，该第一表面102为远离该代替基底30的表面302。该碳纳米管阵列10的侧面106的方向为碳纳米管的长度方向，当该碳纳米管阵列10设置在该生长基底20时，该侧面106基本垂直于该生长基底20的表面202，当该碳纳米管阵列10转移至该代替基底30时，该侧面106基本垂直于该代替基底30的表面302。
在一实施例中，所述步骤S12，将该碳纳米管阵列10从该生长基底20转移至该代替基底30的步骤可以包括以下步骤：
A121，将该代替基底30的表面302接触该碳纳米管阵列10远离该生长基底20的该第二表面104；以及
A122，通过移动该代替基底30与该生长基底20中的至少一方，使该代替基底30与该生长基底20相远离，从而使该碳纳米管阵列10与该生长基底20分离，并转移至该代替基底30。
所述步骤A121及A122可以在常温下进行。在该步骤A121及A122中，应保持该碳纳米管阵列10的形态仍能够使该碳纳米管膜40可以从该碳纳米管阵列10中连续地拉出。为了使碳纳米管阵列10在转移至该代替基底30后，仍然能够拉取碳纳米管膜40，该代替基底30的表面302与该碳纳米管阵列10的第二表面104之间可以仅通过范德华力结合，并且使该代替基底30与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FBC)小于该碳纳米管阵列10中碳纳米管间的范德华力(FCC)。然而，该代替基底30的表面302与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FBC)应大于该生长基底20的表面202与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FAC)，才能使该碳纳米管阵列10可以从该生长基底20分离，转移至该代替基底30，即FAC<FBC<FCC。在该转移过程中，该代替基底30的表面302仅通过与碳纳米管阵列10的第二表面104之间仅通过接触产生的结合力，如范德华力，使碳纳米管阵列10与生长基底20分离。为了使FAC<FBC<FCC，该代替基底30的表面可以具有合适的表面能，并且该代替基底30的表面与该碳纳米管阵列10之间可以具有合适的界面能，从而可以使代替基底30能够仅通过接触即与该碳纳米管阵列10之间产生足够的结合力，如范德华力，使碳纳米管阵列10能够从生长基底20上拉离。因此，通过选择合适的材料制造该代替基底30，至少是作为该代替基底30的表面，可以使该代替基底30仅通过与碳纳米管阵列10的第二表面104之间的接触产生的结合力，如范德华力，使碳纳米管阵列10与生长基底20分离。该代替基底30的表面302可以为一平整表面。在一实施例中，该代替基底30的材料为PDMS。
如图5所示，在一实施例中，为了提高该代替基底30的表面302与该碳纳米管阵列10之间的结合力(FBC)，使FAC<FBC<FCC，可以在该代替基底30的表面302设置多个微结构304，从而增大该表面302的表面积，从而在代替基底30材料不变的条件下提高该结合力(FBC)。该微结构304可以为在该代替基底30表面302的凸起或凹陷，该微结构304的形状可以是半球形、矩形、锥形、齿形、台阶形，或其它形状。该微结构304可以是点状或线状，另外也可以是片状。在一实施例中，该微结构304为相互平行并间隔设置的槽体结构。在另一实施例中，该微结构304为相互间隔并均匀分布的半球形凸起。优选地，大量的微结构304均匀分布在该代替基底30的表面302上。更为优选地，该微结构304的数量使该代替基底30的表面302的表面积比平滑表面增加30%~120%。该代替基底30具有微结构304的表面302充分的与该碳纳米管阵列10接触，通过该微结构304的设置，可以使该表面304具有较大的吸附力，以提高FBC。因此，该代替基底30并不限于采用PDMS，也可以是常规的弹性基底，如塑料或橡胶。本实施例中，该代替基底30为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。
该凸出的微结构304的高度或该凹陷的微结构304的深度优选为碳纳米管阵列10高度的0.5%~10%，更优选为5微米~100微米，也就是该表面302仍需要具有一定的平整度，以避免该碳纳米管阵列10设置在该代替基底30的表面302时难以与该表面302充分接触。该微结构304可以通过光刻、激光刻蚀或化学刻蚀等方法获得。
通过在该代替基底30表面设置该微结构304，通过增大表面积的方式提高代替基底30与碳纳米管阵列10之间的结合力，拓宽了代替基底30的材料的选择范围。
可以理解，该代替基底30并非通过粘结剂粘附该碳纳米管阵列10，通过普通的粘结剂虽然能够使FAC<FBC，而使碳纳米管阵列10能够脱离该生长基底20，但由于碳纳米管阵列10中碳纳米管间的范德华力极小，因此几乎任何传统意义上的粘结剂均会造成FBC>FCC，使后续的拉取碳纳米管膜40的步骤无法进行。可以理解，在该步骤A121~A122中，该代替基底30始终保持固态。
在该步骤A121中，为了使该代替基底30的表面302与该碳纳米管阵列10中的所有碳纳米管的顶端得到充分的接触，可以通过该代替基底30轻微的对该碳纳米管阵列10施加压力。然而该代替基底30并非是将该碳纳米管阵列10中的碳纳米管压倒，否则将改变碳纳米管阵列10的形态，使其无法再进行拉膜或拉线。
可以理解，由于该代替基底30的微结构304在该表面302所产生的高度差，当该表面302的凹陷处与该碳纳米管阵列10的第二表面104接触时，在该表面302的凸出处可能会对与之接触的碳纳米管产生压力，使该碳纳米管阵列10中原本直立的碳纳米管产生微小的弯曲，然而由于该微结构304具有较小的高度，该碳纳米管的弯曲程度较小，当将该代替基底30与该生长基底20分离的过程中，该碳纳米管阵列10仍能弹性回复原有的高度，并保持能够拉取碳纳米管膜40的形态。
请参阅图6，在一实施例中，可以在该代替基底30与该生长基底20之间设置一间隔装置22，通过该间隔装置22保持该代替基底30的表面302与该生长基底20的表面202之间的间隔距离不致过小，避免使碳纳米管阵列10被压倒。该间隔装置22在该代替基底与该生长基底之间的高度小于或等于该碳纳米管阵列10的高度，使该间隔装置22与该碳纳米管阵列10之间具有一高度差(z)，并且，该间隔装置22的高度大于使碳纳米管阵列10压倒至无法保持能够拉取碳纳米管膜40的形态的该极限距离。在该步骤A121中，该间隔装置22与该碳纳米管阵列10均设置在该代替基底30与该生长基底20之间。
该间隔装置22为固态，优选为刚性元件，在该代替基底30的表面与该生长基底20之间提供一支撑，通过控制该间隔装置22的高度即可方便的保持该代替基底30与该生长基底20之间的精确距离。该间隔装置22的高度(m)可以为该碳纳米管阵列10的高度(n)的0.9倍~1倍，即m为0.9n~1n。
可以理解，当该间隔装置22的高度小于该碳纳米管阵列10的高度时，该代替基底30可能会使该碳纳米管阵列10中原本直立的碳纳米管产生微小的弯曲，然而由于具有该间隔装置22，该弯曲程度较小，当将该代替基底30与该生长基底20分离的过程中，该碳纳米管阵列10仍能弹性回复原有的高度，并保持能够拉取碳纳米管膜40的形态。
该间隔装置22可以设置在该生长基底20上。在另一实施例中，该间隔装置22也可以设置在该代替基底30上。另外，该间隔装置22也可以是代替基底30的一部分，即从该代替基底30表面上凸出的结构。该间隔装置22的形状不限，可以是块状、片状、柱状或球形，只要具有一合适的高度即可。该间隔装置22可以为多个，均匀分布在该碳纳米管阵列10的外围，从而为该生长基底20与该代替基底30之间提供稳定的间隔。在一实施例中，该间隔装置22为一圆环形垫圈，设置在该碳纳米管阵列10之外。在另一实施例中，该间隔装置22为多个圆柱形垫片，均匀分布在该碳纳米管阵列10的外围。
可以理解，该间隔装置22既适用于代替基底30的表面302没有微结构304的实施例中，也可以适用于代替基底30的表面302有微结构304的实施例中。本发明的实施例之间可相互任意组合。
在该步骤A122中，在使该碳纳米管阵列10与该生长基底20分离的过程中，该碳纳米管阵列10中的所有碳纳米管优选为同时脱离该生长基底20，也就是该代替基底30与该生长基底20中的至少一方的移动方向为垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面，使该碳纳米管阵列10中的碳纳米管沿该碳纳米管的生长方向脱离该生长基底20。当该代替基底30与该生长基底20均发生移动时，两者的移动方向均垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面。
在该步骤A121~A122中，该碳纳米管阵列10先受到朝向该生长基底20方向的压力，再受到朝向该代替基底30的拉力。
请参阅图7，在另一实施例中，所述步骤S12，将该碳纳米管阵列10从该生长基底转移至该代替基底30的步骤可以包括以下步骤：
B121，将该代替基底30设置在该碳纳米管阵列10的第二表面104，并使该代替基底30与该碳纳米管阵列10的第二表面104之间具有液态介质60；
B122，使位于该代替基底30与该碳纳米管阵列10的第二表面104之间的液态介质60固化变为固态介质60’；
B123，通过移动该代替基底30与该生长基底20中的至少一方，使该代替基底30与该生长基底20相远离，从而使该碳纳米管阵列10与该生长基底20分离，并转移至该代替基底30；以及
B124，通过升温去除位于该代替基底30与该碳纳米管阵列10之间的固态介质60’。
在该步骤B124中，去除固态介质60’后该碳纳米管阵列10维持该形态使该碳纳米管膜40仍能够从该碳纳米管阵列10中连续地拉出。
在该步骤B121中，该液态介质60可以以细微的液滴或液膜的形态设置在该碳纳米管阵列10的第二表面104上。该液态介质60可以为水或低分子量有机溶剂，如乙醇、丙酮或甲醇，该液态介质60的量应较小，避免渗入碳纳米管阵列10的内部对碳纳米管阵列的形态造成影响。优选地，该液态介质60选择为不与碳纳米管润湿的液体，如水。该碳纳米管阵列10的第二表面104的液态介质60的液滴的直径以及液膜的厚度可以分别为10纳米~300微米。该代替基底30与该碳纳米管阵列10的第二表面104分别与中间的液态介质60接触。可以理解，在该步骤B121中仍然保持该碳纳米管阵列10的形态为能够使碳纳米管膜40从中连续地拉出，该代替基底30尽量不对该碳纳米管阵列10施加压力，即使施加压力，该压力也应较小，控制在不时碳纳米管阵列10的形态发生改变而无法连续地拉出碳纳米管膜40为准，例如不使碳纳米管阵列10中的碳纳米管发生倾倒。
在一实施例中，该步骤B121可以包括以下步骤：在该碳纳米管阵列10的第二表面104形成一层液态介质60；以及将该代替基底30的表面接触该具有液态介质60的第二表面104。具体可以将液态介质60形成液滴或雾化，喷洒在该碳纳米管阵列10的该第二表面104，也就是在该生长基底20的碳纳米管阵列10的顶面。
在另一实施例中，该步骤B121可以包括以下步骤：在该代替基底30的表面形成一层液态介质60；以及将该代替基底30具有液态介质60的表面接触该碳纳米管阵列10的第二表面104。具体地，可以将液态介质60形成液滴或雾化，喷洒在该代替基底30的表面。
在该步骤B122中，位于该代替基底30与碳纳米管阵列10之间的液态介质60固化变成固态介质60’，具体可以使通过降温至该固态介质60的凝固点以下，由于该代替基底30与碳纳米管阵列10均与液态介质60接触，液态介质60固化后将该代替基底30与碳纳米管阵列10较为牢固的结合在一起。为使结合更为牢固，该代替基底30的材料优选为与该液态介质60润湿。
具体地，在一实施例中，可以将该代替基底30、液态介质60、碳纳米管阵列10及生长基底20的层叠结构放入低温箱70中降温至凝固点以下。该低温箱70可以为冰箱的冷冻室。
请参阅图8，在另一实施例中，当该步骤B121中将液态介质60设置在该碳纳米管阵列10的第二表面104时，在该步骤B122中可以先将代替基底30的温度降至凝固点以下，再将具有凝固点以下温度的代替基底30接触该碳纳米管阵列10具有液态介质60的第二表面104。例如可以先将该代替基底30在低温箱70中凝固点以下放置一段时间再取出。该代替基底30的温度可以直接使该第二表面104的液态介质60变为固态介质60’，而无需将该层叠结构再放入低温箱70。
在该步骤B123中，该碳纳米管阵列10通过与该代替基底30的结合与该生长基底20分离。优选地，该碳纳米管阵列10中的所有碳纳米管同时脱离该生长基底20，也就是该代替基底30与该生长基底20中的至少一方的移动方向为垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面，使该碳纳米管阵列10中的碳纳米管沿该碳纳米管的生长方向脱离该生长基底20。当该代替基底30与该生长基底20均发生移动时，两者的移动方向均垂直于该生长基底20的碳纳米管生长表面。
在该步骤B124中，该升温步骤可以使固态介质60’融化成液态介质60并干燥或直接将该固态介质60’升华，从而得到去除。该去除过程不影响该碳纳米管阵列10的形态。由于固态介质60’的厚度较小，去除后碳纳米管阵列10直接与该代替基底30的表面接触并通过范德华力结合。
可以理解，在上述步骤B121~B124的整个过程中，该碳纳米管阵列10的形态应基本得到保持，以使在去除固态介质60’后该碳纳米管膜40仍能从该碳纳米管阵列10中连续地拉出为准。
本实施例在转移的过程中通过固态介质60’增强碳纳米管阵列10与代替基底30之间的结合力，使碳纳米管阵列10可以与该生长基底20分离，并在拉取碳纳米管膜40前将固态介质60’去除，使碳纳米管阵列10与代替基底30之间的结合力减小到可以使碳纳米管膜40从中连续地拉出。因此该代替基底60的材料不限，可以为常见的刚性基底或弹性基底。
通过将所述碳纳米管阵列10转移至代替基底，可以使在生长阶段与拉膜阶段碳纳米管阵列10设置于不同基底，作为拉膜阶段的基底可以选择廉价材料制造。因此，碳纳米管阵列的生产者可以将阵列转移至代替基底上，将代替基底连同阵列提供给客户，而较为昂贵的生长基底可迅速回收，从而优化了生产流程。
【碳纳米管阵列的拼接】
请看回图1并一并参阅图9，将多个碳纳米管阵列10分别转移至多个代替基底30后，在该步骤S2中，可将该多个代替基底30并排设置，处于相同的水平高度，并使该多个代替基底30的侧面304相互接触。通过紧密的并排设置该多个代替基底30，使该多个代替基底30上的碳纳米管阵列10的侧面106也实现相互直接接触，也就是不同碳纳米管阵列10的碳纳米管之间实现直接接触，从而使该多个碳纳米管阵列10拼接为面积较大的该拼接阵列80。当接触足够紧密时，该不同碳纳米管阵列10的碳纳米管之间产生足够大的范德华力，基本相当于同一碳纳米管阵列10内部碳纳米管之间的范德华力，从而使原本分别设置的多个碳纳米管阵列10成为一个整体，即拼接阵列80。该拼接阵列80的面积基本等于该多个碳纳米管阵列10的面积之和。通过将该多个碳纳米管阵列10的侧面106相互接触，拼接成面积较大的拼接阵列80，可以使拼接阵列80在至少一第一方向(x)具有较大的尺寸。
为利于不同代替基底30上的碳纳米管阵列10相互之间实现接触，该代替基底30至少一个侧面304与该碳纳米管阵列10的侧面106对齐。在将多个代替基底30并排设置时，是将具有该多个代替基底30的所述侧面304相对设置并接触，从而使与该代替基底30的所述侧面304对齐的碳纳米管阵列10的侧面306也相互接触。
当转移至该代替基底30上的碳纳米管阵列10的面积小于该代替基底30的表面302的面积，或该代替基底30及碳纳米管阵列10的形状难以使至少两个代替基底30的侧面304以及其上的碳纳米管阵列10的侧面106通过并排设置相互接触时，在并排设置前可以进一步包括切割该代替基底30及其上的碳纳米管阵列10的步骤，使该代替基底30至少一个侧面304与该碳纳米管阵列10的侧面106对齐。该需要相互接触的两个碳纳米管阵列10的侧面106的形状可相互对应，从而能够实现较大面积接触。
该切割代替基底30及其上的碳纳米管阵列10的步骤可通过激光刻蚀或机械切割等方式实现。
在本实施例中，生长于圆形单晶硅生长基底20的两个碳纳米管阵列10分别转移至两个矩形代替基底30表面，通过沿轨迹108激光刻蚀形成两个正方形代替基底及碳纳米管阵列10’。
当然，也可将碳纳米管阵列10转移至面积相同的代替基底30表面302，或者预先形成与该代替基底30表面302的面积相同的碳纳米管阵列10，再转移至该代替基底30的表面302。
由于多个碳纳米管阵列10在侧面106相互接触时，接触面积越大，接触越紧密，产生的范德华力越大，优选为采用至少一弹性代替基底30转移该碳纳米管阵列10，在使该多个代替基底30的侧面304相互接触的过程中，对该弹性代替基底30施加压力，使该弹性代替基底30压缩变小，使多个碳纳米管阵列10之间距离更小，接触更为紧密。
请一并参阅图1及图10，该步骤S3与传统的碳纳米管拉膜步骤的区别是，该碳纳米管膜是从转移至该代替基底30并且由多个碳纳米管阵列10相互拼接后得到的拼接阵列80中拉取，而非从直接在生长基底20表面的碳纳米管阵列10中进行拉取。在优选的实施例中，该碳纳米管膜40是从倒立的设置在该代替基底30表面的拼接阵列80中进行拉取，也就是从拼接阵列80的原来的生长底部进行拉取。
在该步骤S3中，可沿任意方向从该拼接阵列80中拉取碳纳米管膜40。相对于从碳纳米管阵列10中直接拉取获得的碳纳米管膜，当沿垂直于该第一方向(x)的第二方向(y)拉取该碳纳米管膜40时，该碳纳米管膜40具有更大的宽度，当沿该第一方向(x)拉取该碳纳米管膜40时，该碳纳米管膜40具有更大的长度。。由于该多个碳纳米管阵列10在拼接时紧密接触，使不同碳纳米管阵列10中的碳纳米管之间具有足够的范德华力，从而形成完整的拼接阵列80，因此从该拼接阵列80中可以拉取获得一个完整的碳纳米管膜40，而非两个独立的碳纳米管膜40。该拼接的过程并不影响该碳纳米管阵列10的形态，因此得到的拼接阵列80仍然能够拉取碳纳米管膜40。
所述步骤S3具体包括以下步骤：S31，从该代替基底30表面的拼接阵列80中通过拉取工具50选定一碳纳米管片段；S32，通过移动该拉取工具50，沿该第二方向拉取该选定的碳纳米管片段，从而首尾相连的拉出多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管膜40。
在该步骤S31中，采用具有一定宽度的胶带或粘性基条接触该拼接阵列80以选定具有一定宽度的一碳纳米管片段，该碳纳米管片段的宽度方向为该第一方向，由于该碳纳米管阵列40在该第一方向上长度增大，因此可选择的碳纳米管片段的宽度也得到增大。在该步骤S32中，该选定的碳纳米管片段的拉取方向与该拼接阵列80中碳纳米管的生长方向呈一不为0的角度a，优选为30度~90度，并且该拉取方向垂直于该第一方向。
上述步骤A122及B123有别于步骤S3，步骤A122及B123的目的是使碳纳米管阵列10整体脱离该生长基底20，脱离后仍保持阵列10的形态。而在步骤S3的目的是从拼接阵列80中拉取碳纳米管膜40，因此并非使拼接阵列80整体脱离代替基底30，而是先使一小部分碳纳米管，如碳纳米管片段，脱离代替基底30，再由该拉出的碳纳米管片段带动相邻的碳纳米管片段被首尾相连的拉出，即陆续脱离代替基底30。
本技术方案通过将碳纳米管阵列10转移至代替基底30，并保持该碳纳米管阵列10仍具有拉膜性能，当需要宽度较宽或长度较长的碳纳米管膜40时，通过将多个该代替基底30并排设置，使多个碳纳米管阵列10相互接触，拼接成完整的拼接阵列80，再从该拼接阵列80中拉取宽度较宽或长度较长的碳纳米管膜40，而避免了对厚度较小的碳纳米管膜40进行直接操作引起的破坏。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，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 (14)
1.一种碳纳米管膜的制备方法，包括以下步骤：
提供多个分别转移至不同代替基底的碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列的形态能够使得碳纳米管膜从该碳纳米管阵列中连续地拉出，该碳纳米管膜包括多个首尾相连的碳纳米管；
将该多个代替基底并排设置，从而使该多个碳纳米管阵列的侧面相互接触，通过范德华力结合，形成一拼接阵列，该拼接阵列的面积大于该碳纳米阵列的面积；以及
从该拼接阵列拉取该碳纳米管膜。
2.如权利要求1所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，该碳纳米管阵列通过如下步骤转移至该代替基底的表面：
提供该代替基底及一生长基底，该生长基底表面具有该碳纳米管阵列；
将该代替基底的表面接触该碳纳米管阵列远离该生长基底的表面；以及
通过移动该代替基底与该生长基底中的至少一方，使该代替基底与该生长基底相远离，从而使该碳纳米管阵列与该生长基底分离，并转移至该代替基底，同时保持该碳纳米管阵列的形态能够使该碳纳米管膜得以从该碳纳米管阵列中连续地拉出。
3.如权利要求2所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，该代替基底的材料为聚二甲基硅氧烷。
4.如权利要求2所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，在该代替基底的表面具有微结构。
5.如权利要求2所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，该代替基底与该生长基底之间设置有间隔装置，该间隔装置在该代替基底与该生长基底之间的高度小于或等于该碳纳米管阵列的高度。
6.如权利要求1所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，该碳纳米管阵列通过如下步骤转移至该代替基底的表面：
提供该代替基底及一生长基底，该生长基底表面具有该碳纳米管阵列,该碳纳米管阵列靠近该生长基底的表面为第一表面，远离该生长基底的表面为第二表面；
将该代替基底设置在该碳纳米管阵列的第二表面，并使该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间具有液态介质；
使位于该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间的液态介质固化变为固态介质；
通过移动该代替基底与该生长基底中的至少一方，使该代替基底与该生长基底相远离，从而使该碳纳米管阵列与该生长基底分离，并转移至该代替基底，同时保持该碳纳米管阵列的形态能够使该碳纳米管膜得以从该碳纳米管阵列中连续地拉出；以及
通过升温去除位于该代替基底与该碳纳米管阵列之间的固态介质。
7.如权利要求6所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，该使该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间具有液态介质的步骤包括：
在该碳纳米管阵列的第二表面形成一层液态介质；以及
将该代替基底的表面接触该具有液态介质的第二表面。
8.如权利要求7所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，使位于该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间的液态介质变为固态介质的步骤包括以具有凝固点以下温度的代替基底接触该具有液态介质的第二表面。
9.如权利要求6所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，该使该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间具有液态介质的步骤包括：
在该代替基底的表面形成一层液态介质；以及
将该代替基底具有液态介质的表面接触该碳纳米管阵列的第二表面。
10.如权利要求6所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，使位于该代替基底与该碳纳米管阵列的第二表面之间的液态介质变为固态介质的步骤包括将该代替基底、液态介质、碳纳米管阵列及生长基底的层叠结构放入低温箱中降温至凝固点以下。
11.如权利要求6所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，该液态介质为水，该固态介质为冰。
12.如权利要求2或6所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，该代替基底与该生长基底中的至少一方的移动方向为垂直于该生长基底的碳纳米管生长表面。
13.如权利要求2或6所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，该代替基底与该碳纳米管阵列之间的结合力大于该生长基底与该碳纳米管阵列之间的结合力且小于该碳纳米管阵列中碳纳米管间的范德华力。
14.如权利要求1所述的碳纳米管膜的制备方法，其特征在于，该代替基底的侧面与该碳纳米管阵列的侧面对齐。
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