CN115340085B - 一种面密度可控的碳纳米管薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种面密度可控的碳纳米管薄膜及其制备方法和应用。该制备方法包括如下步骤：S1：将碳纳米管分散液加入到基底溶液中，形成碳纳米管薄膜；S2：将步骤S1所得的碳纳米管薄膜转移至基底上，即得所述面密度可控的碳纳米管薄膜。本发明提供的制备方法无需昂贵的专用设备和苛刻的条件即可调控碳纳米管薄膜的面密度，获得面密度可控的碳纳米管薄膜，并且可以转印到基底上，工艺简单，成本低廉，对于推动碳纳米管薄膜在光电、储能、传热、催化和增强复合材料领域的应用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种面密度可控的碳纳米管薄膜及其制备方法和应用。
背景技术
碳纳米管具有优异的电学、热学和力学性能。碳纳米管薄膜作为碳纳米管的宏观材料，在光电器件、储能器件、电磁干扰屏蔽、散热、增强复合材料等方面具有巨大的研究潜力和应用价值。然而，不同的应用对于碳纳米管薄膜中碳纳米管的面密度具有不同的要求，高面密度的碳纳米管薄膜适用于超级电容器和散热装置，而稀疏的碳纳米管薄膜利于活性物质的渗透，适用于功能化、多相催化和增强复合材料。因此，控制薄膜中碳纳米管的面密度对于发挥不同应用的最佳性能十分重要。
目前，制备碳纳米管薄膜的方法包括干法和湿法两种：干法工艺包括浮动催化剂化学气相沉积法和超顺排碳纳米管阵列抽出法，直接生长的高质量碳纳米管网络依赖于昂贵的设备以及高温高真空的苛刻要求，碳纳米管的面密度通过调整衬底上催化剂纳米颗粒的密度来控制，可能残留大量的催化剂并且导致基底与器件集成的不兼容(Hu L,Hecht DS,Grüner G.Carbon Nanotube Thin Films: Fabrication,Properties,andApplications.Chemical Reviews,2010,110(10):5790-5844.)。湿法工艺包括浸涂、旋涂、喷涂、刮涂、真空抽滤法、自组装技术等方法，其中Langmuir–Blodgett组装技术在液面形成碳纳米管薄膜，可以通过机械压缩或拉伸薄膜来改变碳纳米管的面密度(Joo Y,Brady GJ,Arnold M S,et al. Dose-controlled,floating evaporative self-assembly andalignment of semiconducting carbon nanotubes from organic solvents.Langmuir,2014,30(12):3460-3466.)，但是需要昂贵的专用设备以及复杂的表面压力检测过程。
名称为一种自组装石墨烯纳米薄膜及其制备方法的专利公开了利用第一分散液、第二溶剂和基底来制备得到石墨烯纳米薄膜，可转移至任意基底表面，具有快速高效、低成本、工艺简单、安全环保、基底无限制且可大规模制备的优点，但该方法仅可调控纵向上的面密度(即厚度)，而无法调控横向上的面密度(即致密程度)。
因此，开发一种面密度可控的碳纳米管薄膜的制备工艺具有重要的研究意义。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中无法通过工艺简单且成本低廉的制备方法来得到碳纳米管薄膜，提供一种面密度可控的碳纳米管薄膜的制备方法。本发明提供的制备方法无需昂贵的专用设备和苛刻的条件即可调控碳纳米管薄膜的面密度，获得面密度(厚度和致密程度)均可控的碳纳米管薄膜，并且可以转印到基底上，工艺简单，成本低廉。
本发明的另一目的在于，提供上述制备方法制得的面密度可控的碳纳米管薄膜。
本发明的还一目的在于，提供上述面密度可控的碳纳米管薄膜在制备光电器件、储能器件、电磁干扰屏蔽材料、散热材料或增强复合材料中应用。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
S1：将碳纳米管分散液加入到基底溶液中，形成碳纳米管薄膜；
S2：将步骤S1所得的碳纳米管薄膜转移至基底上，即得所述面密度可控的碳纳米管薄膜；
S1中基底溶液与表面活性剂水溶液的表面张力差≥12mN/m；
S1中基底溶液的动力粘度为≥8mPa·s。
马兰戈尼(Marangoni)效应是指表面张力不同的两种液体界面存在表面张力梯度，表面张力大的液体对其周围表面张力小的液体的拉力强，使液体从表面张力小向表面张力大的方向流动。由于表面活性剂可以降低表面张力，表面活性剂溶液可以在更高表面张力的基底溶液上通过马兰戈尼效应铺展，将可溶性表面活性剂滴加在基底溶液上，由于同时存在表面扩散和体相扩散的竞争，马兰戈尼效应仅在有限区域内发生，故将表面活性剂助分散的碳纳米管分散液与另一基底溶液混合时，碳纳米管在表面张力梯度的驱动下只在有限区域中流动，使其被传输到区域边缘累积并缓慢推出，进而得到碳纳米管薄膜。
研究发现，将表面活性剂助分散的碳纳米管分散液与基底溶液混合时，通过调控碳纳米管分散液与常规的基底溶液(例如水、二甲基亚砜水溶液等)之间表面张力的差值来调控流动区域的尺寸，可得到不同厚度的碳纳米管薄膜。但该碳纳米管薄膜存在以下几个问题：(1)该碳纳米管薄膜的均匀性不好；(2)碳纳米管薄膜的连续性不佳；(3)该碳纳米管薄膜尽可调控纵向上的厚度，而无法调控横向上的致密程度。例如以表面活性剂水溶液作为溶剂得到碳纳米管分散液，以水溶液作为基底溶液时，虽然可得到连续性较好的碳纳米管薄膜，但其均匀性不好，且无法调控致密程度；而以二甲基亚砜水溶液作为基底溶液时，制得的碳纳米管薄膜连续性不佳，且也无法调控致密程度。
进一步研究发现，基底溶液与表面活性剂助分散的碳纳米管分散液之间的表面张力差及基底溶液的动力粘度是影响碳纳米管薄膜的连续性及面密度是否可控的关键。当调控基底溶液与碳纳米管分散液之间的表面张力差≥12mN/m，以及基底溶液的动力粘度≥8mPa·s时，不仅可得到连续性较佳的碳纳米管薄膜，还可调控碳纳米管薄膜的面密度，这可能是因为在较高动力粘度的基底溶液表面，传输到流动区域边缘的碳纳米管由于粘性阻力无法自由运动，从而累积并被连续推出，获得连续的碳纳米管薄膜，更大的表面张力差和更小的动力粘度会形成更大流动区域的马兰戈尼效应，使得传输的碳纳米管分布更稀疏，从而获得不同面密度的碳纳米管薄膜。如基底溶液的动力粘度过小，碳纳米管随着滴加的进行在流动区域边缘随机运动，无法形成均匀薄膜。
当然，通过调控碳纳米管分散液的浓度也可实现厚度的调控。
故本申请利用马兰戈尼(Marangoni)效应，将表面活性剂助分散的碳纳米管分散液与特定动力粘度的基底溶液混合，通过调控基底溶液与碳纳米管分散液之间的表面张力差及基底溶液的动力粘度，使得碳纳米管分散液在基底溶液液面上能够较好地流动和在不同尺寸的流动区域铺展，进一步转印至基底上，得到面密度可控的碳纳米管薄膜。具体地，将碳纳米管分散液加入到基底溶液中，形成碳纳米管薄膜；然后将碳纳米管薄膜转移至基底上，即得所述面密度可控的碳纳米管薄膜。
本领域常规的碳纳米管均可以用于本发明中。
优选地，S1中所述碳纳米管是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或几种。
更为优选地，所述碳纳米管的直径为1-2nm，长度为5～30μm。
碳纳米管分散液中碳纳米管的质量浓度可参考现有的浓度，以实现碳纳米管的较好分散即可。
优选地，S1中所述碳纳米管分散液浓度为0.01～2.0mg/mL。
更为优选地，所述碳纳米管分散液浓度为0.1～0.5mg/mL。
优选地，S1中所述碳纳米管分散液选用的溶剂为表面活性剂水溶液。
表面活性剂的种类及表面活性剂水溶液的质量浓度可参考现有的种类和浓度，以实现碳纳米管的较好分散即可。
优选地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十烷基硫酸钠或八烷基硫酸钠中的一种或几种；进一步优选为十二烷基硫酸钠。
优选地，所述表面活性剂水溶液浓度为10～15mg/mL。
优选地，S1中所述基底溶液为乙二醇及其水溶液或聚乙二醇及其水溶液的一种或几种。
优选地，S1中所述基底溶液中溶剂的体积分数为60％～100％。
优选地，S1中所述聚乙二醇的分子量为200～400。
优选地，S2中所述基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯基底、聚二甲基硅氧烷基底、石英基底或玻璃基底或硅基底中的一种或几种。
优选地，S1中所述基底溶液与表面活性剂水溶液的表面张力差为13～20 mN/m；
优选地，S1中所述基底溶液的动力粘度为8～50mPa·s。
本发明同时保护上述制备方法制得的面密度可控的碳纳米管薄膜。
优选地，所述面密度可控的碳纳米管薄膜得透光率为5％～95％；
优选地，所述面密度可控的碳纳米管薄膜的方阻为20～100000Ω/sq。
本发明还保护上述面密度可控的碳纳米管薄膜在光电、储能、传热、催化和增强复合材料领域中的应用
本发明制得的面密度可控的碳纳米管薄膜，不仅工艺简单，成本低廉，无需昂贵的专用设备和苛刻的条件，而且还可以实现在大范围内调控面密度，并可转印到基底上。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
本发明制得的面密度可控的碳纳米管薄膜，不仅工艺简单，成本低廉，而且还易于规模化，薄膜的面密度可在大范围内调控，并可转印到基底上，有望推动面密度可控的碳纳米管薄膜在光电、储能、传热、催化和增强复合材料领域中的应用。
附图说明
图1为碳纳米管薄膜的制备方法示意图及原理示意图，A：制备方法示意图， B：改变基底溶液的表面张力和动力粘度度可以获得面密度不同的碳纳米管薄膜的示意图。
图2为乙二醇基底上制备的碳纳米管薄膜的实物图。
图3为实施例1～实施例5中制备的单壁碳纳米管薄膜的实物图。
图4为实施例1～实施例5中制备的单壁碳纳米管薄膜的扫描电镜图。
图5为实施例1～实施例5中制备的单壁碳纳米管薄膜的厚度和透光率对比图。
图6为实施例1～实施例5中制备的单壁碳纳米管薄膜的厚度和吸光度关系图。
图7为实施例5～实施例9中制备的单壁碳纳米管薄膜的实物图。
图8为实施例5～实施例9中制备的单壁碳纳米管薄膜的扫描电镜图。
图9为实施例5～实施例9中制备的单壁碳纳米管薄膜的厚度和透光率对比图。
图10为实施例5～实施例9中制备的单壁碳纳米管薄膜的厚度和吸光度关系图。
图11为实施例10～实施例11制备的单壁碳纳米管薄膜的实物图。
图12为对比例1中85v/v％二甲基亚砜水溶液表面的不成形碳纳米管薄膜的实物图。
图13为对比例2中50v/v％乙二醇水溶液表面的不均匀碳纳米管薄膜的实物图。
图14为对比例3中去离子水表面的不均匀碳纳米管薄膜的实物图。
其中，1为碳纳米管分散液，2为基底溶液，3为碳纳米管薄膜，4为基底。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，如图1A，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入5mg单壁碳纳米管(直径为1-2nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.5mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在乙二醇和去离子水体积比为80:20的100mL基底溶液(动力粘度为8.3mPa·s，表面张力为51.71mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用 PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜SWCNT TCFs-A5。
实施例2
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入5mg单壁碳纳米管(直径为1-2 nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000 g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.5mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在乙二醇和去离子水体积比为85:15的100mL基底溶液(动力粘度为9.9mPa·s，表面张力为51.34mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜 SWCNTTCFs-B5。
实施例3
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入5mg单壁碳纳米管(直径为1-2 nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000 g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.5mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在乙二醇和去离子水体积比为90:10的100mL基底溶液(动力粘度为11.6mPa·s，表面张力为50.13mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜 SWCNTTCFs-C5。
实施例4
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入5mg单壁碳纳米管(直径为1-2 nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000 g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.5mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在乙二醇和去离子水体积比为95:5的100mL基底溶液 (动力粘度为13.4mPa·s，表面张力为49.58mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜SWCNTTCFs-D5。
实施例5
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入5mg单壁碳纳米管(直径为1-2 nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000 g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.5mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在乙二醇和去离子水体积比为100:0的100mL基底溶液(动力粘度为15.2mPa·s，表面张力为48.50mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜 SWCNTTCFs-E5。
图2为实施例1中在乙二醇基底上制备的碳纳米管薄膜的实物图。
图3为实施例1～实施例5中制备的单壁碳纳米管薄膜的实物图。图3可以说明，改变基底溶液乙二醇和水的比例，可以得到透光率不同的单壁碳纳米管薄膜。
图4为实施例1～实施例5中制备的单壁碳纳米管薄膜的扫描电镜图。由图4 可知，实施例1～实施例5制备的单壁碳纳米管薄膜具有不同致密程度的碳纳米管网络，随着基底溶液中乙二醇的含量增大，致密程度上升。
图5为实施例1～实施例5中制备的单壁碳纳米管薄膜的厚度和透光率对比图。图5可以说明，随着基底溶液中乙二醇的含量增大，制备的单壁碳纳米管薄膜的厚度增加，同时透光率下降。
图6为实施例1～实施例5中制备的单壁碳纳米管薄膜的厚度和吸光度关系图。由图6可知，实施例1～实施例5中单壁碳纳米管薄膜的吸光度与其厚度不成线性关系，而是随着厚度的增加而剧烈上升，即薄膜厚度增加的同时，碳纳米管的致密程度也上升，薄膜的面密度的增加，薄膜对光的吸收能力增强，如图 1-B。
结合图4～6可以说明，随着基底溶液乙二醇含量上升，制备的单壁碳纳米管薄膜的面密度增加，具有更致密和更厚的碳纳米管网络。
实施例6
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入4mg单壁碳纳米管(直径为1-2 nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000 g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.4mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在乙二醇和去离子水体积比为100:0的100mL基底溶液(动力粘度为15.2mPa·s，表面张力为48.50mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜 SWCNTTCFs-E4。
实施例7
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入3mg单壁碳纳米管(直径为1-2 nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000 g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.3mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在乙二醇和去离子水体积比为100:0的100mL基底溶液(动力粘度为15.2mPa·s，表面张力为48.50mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜 SWCNTTCFs-E3。
实施例8
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入2mg单壁碳纳米管(直径为1-2 nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000 g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.2mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在乙二醇和去离子水体积比为100:0的100mL基底溶液(动力粘度为15.2mPa·s，表面张力为48.50mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜 SWCNTTCFs-E2。
实施例9
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入1mg单壁碳纳米管(直径为1-2 nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000 g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.1mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在乙二醇和去离子水体积比为100:0的100mL基底溶液(动力粘度为15.2mPa·s，表面张力为48.50mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜SWCNTTCFs-E1。
图7为实施例5～实施例9中制备的单壁碳纳米管薄膜的实物图。图7可以说明，改变碳纳米管分散液的浓度，可以得到透光率不同的单壁碳纳米管薄膜。
图8为实施例5～实施例9中制备的单壁碳纳米管薄膜的扫描电镜图。由图8 可知，实施例5～实施例9制备的单壁碳纳米管薄膜具有类似致密程度的碳纳米管网络，改变碳纳米管分散液的浓度基本不会影响碳纳米管网络的致密程度。
图9为实施例5～实施例9中制备的单壁碳纳米管薄膜的厚度和透光率对比图。图9可以说明，随着碳纳米管分散液的浓度增大，制备的单壁碳纳米管薄膜的厚度增加，且厚度与碳纳米管分散液的浓度成线性关系，同时透光率下降。
图10为实施例5～实施例9中制备的单壁碳纳米管薄膜的厚度和吸光度关系图。由图10可知，实施例5～实施例9中碳纳米管薄膜的吸光度与其厚度成线性关系，且随着厚度增加，碳纳米管薄膜的吸光度上升，即改变碳纳米管分散液的浓度不会改变薄膜的致密程度，仅通过增加薄膜的厚度来改变薄膜的面密度。
结合图4、6、8、10可以说明，改变基底溶液乙二醇的含量，可以获得致密程度和厚度同时改变的面密度不同的碳纳米管薄膜，不改变基底溶液乙二醇的含量而是改变碳纳米管分散液的浓度，可以获得仅通过增加薄膜厚度来改变面密度的碳纳米管薄膜。
实施例10
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入5mg单壁碳纳米管(直径为1-2nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.5mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在聚乙二醇200和去离子水体积比为100:0的100mL基底溶液(动力粘度为48.1mPa·s，表面张力为45.95mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜SWCNTTCFs-G5。
实施例11
本实施例提供一种单壁碳纳米管薄膜的制备方法，包括如下步骤：
将100mg十二烷基硫酸钠加入10mL去离子水中配制10mg/mL的表面活性剂水溶液(表面张力为32.25mN/m)，再加入5mg单壁碳纳米管(直径为1-2nm，长度为5～30μm)，采用300W探头超声120min，最后再用离心机以10000g的速率离心5min，提取上清液，得到浓度大约0.5mg/mL的单壁碳纳米管分散液。将分散液连续滴加在聚乙二醇200和去离子水体积比为60:40的100mL基底溶液(动力粘度为15.2mPa·s，表面张力为52.06mN/m)上，在液面得到单壁碳纳米管薄膜，用PET柔性基底自下而上转印得到单壁碳纳米管透明导电薄膜SWCNTTCFs-H5。
图11为实施例10～实施例11中制备的单壁碳纳米管薄膜的实物图。图11可以说明，改变基底溶液聚乙二醇200和水的比例，可以得到透光率明显不同的单壁碳纳米管薄膜，在更大的表面张力差和更小的动力粘度的60v/v％聚乙二醇200 水溶液基底上可以获得具有更低的面密度、透光率更高的碳纳米管薄膜。
对比例1
本对比例1的制备方法步骤同实施例5，不同的是所用基底溶液为二甲基亚砜和去离子水体积比为85:15的100mL二甲基亚砜溶液(动力粘度为3.45mPa·s，表面张力为48.64mN/m，与纯乙二醇表面张力48.50mN/m相近)。
图12为对比例1中85v/v％二甲基亚砜水溶液表面的不成形碳纳米管薄膜的实物图。
从图12可知：基底溶液的动力粘度小于5mPa·s导致碳纳米管在Marangoni 有限流动区域的边缘无规则移动，无法形成连续的薄膜。
对比例2
本对比例2的制备方法步骤同实施例1，不同的是所用基底溶液为乙二醇和去离子水体积比为50:50的100mL基底溶液(动力粘度为4.55mPa·s，表面张力为57.9mN/m)。
图13为对比例2中50v/v％乙二醇水溶液表面的不均匀碳纳米管薄膜的实物图。
从图13可知：基底溶液的动力粘度小于5mPa·s会导致碳纳米管在Marangoni 有限流动区域的边缘自由地运动，不规则地堆积，无法形成均匀的薄膜。
对比例3
本对比例3的制备方法步骤同实施例1，不同的是所用基底溶液为100mL 去离子水(动力粘度为0.89mPa·s，表面张力为72.72mN/m)。
图14为对比例3中去离子水表面的不均匀碳纳米管薄膜的实物图。
从图14可知：基底溶液的动力粘度小于5mPa·s会导致碳纳米管在Marangoni 有限流动区域的边缘自由运动，不规则地堆积，无法形成均匀的薄膜。
本发明以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种面密度可控的碳纳米管薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将碳纳米管分散液加入到基底溶液中，形成碳纳米管薄膜；
S2：将步骤S1所得的碳纳米管薄膜转移至基底上，即得所述面密度可控的碳纳米管薄膜；
S1中所述碳纳米管分散液选用的溶剂为表面活性剂水溶液；
S1中所述基底溶液与表面活性剂水溶液的表面张力差≥12mN/m；
S1中所述基底溶液的动力粘度≥8mPa·s；
S1中所述碳纳米管分散液浓度为0.01~2.0 mg/mL。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十烷基硫酸钠或八烷基硫酸钠中的一种或几种；所述表面活性剂水溶液中的表面活性剂的质量浓度为10~15 mg/mL。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述基底溶液为乙二醇及其水溶液或聚乙二醇及其水溶液的一种或几种；所述基底溶液中乙二醇溶液体积分数为80%~100%，聚乙二醇水溶液体积分数为60%~100%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述基底溶液与表面活性剂水溶液的表面张力差为13~20 mN/m；S1中所述基底溶液的动力粘度为8~50 mPa·s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中所述基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯基底、聚二甲基硅氧烷基底、石英基底、玻璃基底或硅基底中的一种或几种。
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