TW200900348A - Method for making a carbon nanotube film - Google Patents

Description

200900348 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種奈米碳管薄膜的製備方法。 【先前技術】 攸1991年日本科學家Hjima首次發現奈米碳管

NanQtube，簡以來，以奈米碳管為代表的奈 ^材料以其獨特的結構和性質叫了人們極大的關注。近 幾年來’隨著奈米碳管及奈米㈣研究的不斷深人，其廣 闊應用前景不斷顯現出來。例如，由於奈米碳管所具有二 獨特的電磁學、光學、力學、化學性能等，大量有關其在 場發射電子源、感·、新型光學材料、軟綱材料等 域的應用研究不斷被報導。 7、 奈米碳管薄膜係奈米碳管實際應用的—種重要形式。 具體地’奈米碳管薄膜已被研究用作場發射源、光電和生 物感測益、透明導電體、電池電極、吸波材料、水淨化材 料、發光材料等。這魏用研究的基礎，係奈米碳;J = =衣備技術。先前技術中，奈料管⑽的製備除可通過 管獲得以外，還包括用奈米碳管粉末製備奈米: 、·、的方法。例如：溶劑點滴乾燥法、L〜B膜法、 法、雷ϋ、、上 w 、/ (7刷 电冰去，以及濾膜法等。 然而 因此，確有必要提供一種奈米碳管薄骐的製備方 200900348 法’該1備方法較為簡單、 ^ ^ . a ^ 間早A率較局’製備的奈米碳 管薄膜具有很好的韌性和擔 初丨生和機械強度，方便大規模應 IIJ <~ι 【發明内容】 一種奈米後管薄膜的刹供古 ^ . 、的衣備方去，包括以下步驟：提供 一奈米石炭管陣列形成於—其庥 /' ^ . 、基底，U及提供—施壓裝置擠壓 上这示米Μ Μ，從而得到奈米碳管薄膜。 所述的施壓裝置包括一壓頭。 直於上述奈米碳管陣列 管陣列，獲得平面各向 進一步包括採用平面壓頭沿垂 生長的基底的方向擠壓上述奈米石炭 同性的奈米碳管薄膜。 進-步包括採用滚轴狀壓頭沿某—固定方向礙壓上述 奈米碳管陣列’獲得沿該固定方向擇優取向的奈米碳管薄 膜。 進-步包括採用滚轴狀壓頭沿不同方向礙壓上述夺米 石炭官陣列’獲得不同方向擇優取向的奈米碳管薄膜。 所述的奈米碳管陣列的製備方法包括以下步驟：提供 :平整基底，該基射翻Ρ _基底、Ν财基底或形 成有乳化層的雜底；在基底表㈣㈣成—催化劑層， =化劑層材料可選用鐵（Fe)，⑽1㈤· 7nrT，H &之，將上柄成有催化㈣的基底在 〜_。(：的空氣中退火約3〇分鐘，分鐘；將處理過的 基底置於反應爐中，在保護氣體環境下加_ _〜74{rc， 然後通人碳源氣體反應約5〜3〇分鐘，生長得咐米妒管陣 7 200900348 列。 所述的奈米碳管陣列的高度大於1〇〇微米。 所述的奈米碳管薄膜的厚度為1微米至1毫米。 與先前技術相比較，所述的奈米碳管薄膜採用施壓裝 置直接施加屋力于奈米碳管陣列的方式製備，方法簡單。 依據施加麼力方式的不同可使奈米碳管薄膜中奈米碳管為 各向同性或沿—個或多個方向擇優取向排列。且，制備的 奈米峻管薄膜中奈米碳管分散均勾，具有較好的機^強度 和拿刃度。 【實施方式】 附圖詳細說明本實施例奈米碳管薄膜 的製備方法。 請參閱圖1，本實施例奈米碳管薄膜的製備方法主 要包括以下步驟： 步驟一：提供一奈米碳管陣列形成於-基底，優 遙地，該陣列為超順排奈米碳管陣列。 ϋ施例中，奈米碳管㈣的製備方法採用化學 乳相沈積法’其具體步驟包括：（a)提供—平整基底， 用P型或晴基底，或選用形成有氧化 層的石夕基底’本實施例優選為採用4英寸㈣基底； ⑴在基輕面均㈣成—催化_ 材料可選用鐵(Fe)、钻(C。)、錄⑹或= Π金C之—A)將上述形成有催化劑層的基底在 網⑽c的空氣"火約30分鐘〜9〇分鐘，·⑷將 200900348 處理過的基底置於反應爐中，在保護氣體環境下加熱 至J 500 740 C，然後通入妓源氣體反應約5〜3〇分鐘， 生長得到奈米碳管陣列，其高度大於1〇〇微米。該奈 米碳管陣列為多個彼此平行且垂直於基底生長的奈 米石反官形成的純奈米碳管陣列。通過上述控制生長條 件，5亥超順排奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如無 疋型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。本實施例中碳源 氣可選用乙炔等化學性質較活潑的碳氫化合物，保護 氣體可選用氮氣、氨氣或惰性氣體。可以理解，本實 施例提供的奈米碳管陣列不限於上述製備方法。 步驟二：提供一施壓裝置擠壓上述奈米碳管陣 列’從而得到奈米碳管薄膜。 該施壓裝置能施加一定的壓力於上述奈米碳管陣 列，奈米碳管會在壓力的作用下傾倒形成自支撐的奈 米碳管薄膜。請參閱圖2,為本發明實施例製備的奈 米碳管薄膜的宏觀照片，該奈米碳管的直徑為1 〇釐 米。本實施例中，施壓裝置包括一壓頭，壓頭表面光 滑，壓頭的形狀及擠壓方向決定製備的奈米碳管薄膜 中奈米碳管的排列。具體地，當採用平面壓頭沿垂直 於上述奈米碳管陣列生長的基底的方向擠壓上述奈 米碳管陣列時，可獲得包括平面各向同性排列的奈Z 碳管的奈米碳管薄膜（請參閱圖3);當採用滾轴狀壓 頭沿某一固疋方向礙壓上述奈米碳管時，可與得齐卡 碳管沿该固疋方向擇優取向的奈米碳管薄膜（請炎閱 9 200900348 圖4)，當採用滾軸狀壓頭沿不同方向碾壓上述奈米石户 • 管陣列時’可獲得奈米碳管沿不同方向擇優取:的^ . 米碳管薄膜。 ]示 可以理解，當採用上述不同方式掩壓奈米碳管陣 列時，奈米碳管會在壓力的作用下傾倒，並與相鄰的 奈米石炭管通過凡德瓦爾力相互吸引、連接形成擇優取 向或各向同性的自支撐的奈米碳管薄膜。另外，在壓 力的作用下’奈米石炭管會從生長的基底分離，從而二 得製備得到的奈米碳管薄膜容易與基底脫離。 本技術領域技術人員應明白，上述奈米石炭管的傾 倒程度（傾角）與產力的大小有關，壓力越大，傾角 越大:製備的奈米碳管薄膜的厚度取決於奈米碳管陣 列的高度和壓力大小。奈米碳管陣列的高度越大而施 加的屋力越小，則製備的奈米碳管薄膜的厚度越大； 反之’奈米碳管陣列的高度越小而施加的壓力越大， 則製備的奈米石炭管薄膜的厚度越小。本實施例中，製 備的奈米碳管薄膜的厚度為丨微米〜丨毫米。 …3外，本實施例通過施壓袈置直接施壓於奈米碳 管陣列製備奈米碳管薄膜的方法，由於奈米碳管陣列 中奈米石反官生長均勻，因而可使得奈米破管在製備的 奈米碳管薄膜中分散均勻，具有較好的機械強度和拿刃 性。 本實施例奈米碳管薄膜採用施屡裝置直接施加壓 力于奈米石炭管陣列的方式製備，方法簡單。依據施加 10 200900348 壓力方式的不同可使奈米碳管薄瞑中奈米碳管為各 - 向同性或沿一個或多個方向擇優取向排列。且，製備 • 的奈米碳管薄膜中奈米碳管分散均勻，具有較好的機 械強度和勃度。 【圖式簡單說明】 、圖1係本發明實施例奈米碳管薄膜的製備方法的 流程示意圖。 片。 圖2係本發明實施例製備的奈米碳管薄膜的照 圖 本發明實施聽備的各向㈣薄 聘的知描電鏡照片。 圖4係本發明實施例製備 膜的掃描電鏡^。 ⑹取向奈純官薄 【主要 無 元件符號說明 11

Claims (1)

1. 200900348 十、申請專利範圍 奈米硬管陣列形成於—基底；以及4. 提供-施壓裝纏上述奈米 奈米碳管薄膜。 而得到 2·::請::範圍第1項所述的奈米碳管薄膜的製備 '/、令.所述的施壓裝置包括一壓頭。 3·=請，利範圍第2項所述的奈米碳管薄膜的製備 / /、中.進—步包括採用平面壓頭沿垂直於上 =米破管陣列生長的基底的方向擠邀上述奈米 石反g陣列，獲得平面各向同性的奈米碳管薄膜。/、 4. ::請專利範圍第2項所述的奈米碳管薄膜的製備 其中：進—步包括採用滾軸狀壓頭沿某—固 疋方向㈣上述奈米碳管陣列，獲得沿該固定方向 擇優取向的奈米碳管薄膜。 5. 如申凊專利範圍第2項所述的奈米碟管薄膜的製備 方法，其中：進一步包括採用滾軸狀壓頭沿不同方 向礙壓上述奈米碳管_，獲m同方向擇優取 向的奈米碳管薄膜。 6·如申料利範圍第0所述的奈米碳管薄膜的製備 方法’其中.所述的奈米碳管陣列的製備方法包括 以下步驟： 提供-平整基底’該基底可選用ρ型石夕基底、㈣ 石夕基底或形成有氧化層的石夕基底； 12 200900348 在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料 可選用鐵（Fe)、错（c〇) 1(Ni)或其任意組 合的合金之一； 將上述形成有催化劑層的基底在7⑻〜9⑻。c的空氣 中退火約30分鐘~90分鐘； 將處理過的基底置於反應爐t，在保護氣體環境下 加$到500〜74(TC，然後通入碳源氣體反應約5〜3〇 刀4里’生長得到奈米碳管陣列。 .如申請翻㈣第6項所述的奈米碳管薄膜的製備 方法，其中：所述的奈米碳管陣列的高度大 微米。 .如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管薄膜的製備 方法’其中：所述的奈米碳管薄膜的厚度為1微 至1毫米。 '/、