TW201900557A

TW201900557A - 奈米碳管複合結構及其製備方法

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Publication number: TW201900557A
Application number: TW106120660A
Authority: TW
Inventors: 寧文; 王振合; 柳鵬; 楊士勇; 姜開利; 范守善
Original assignee: 鴻海精密工業股份有限公司
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2019-01-01
Also published as: US20180333901A1; CN108929541A; CN108929541B; US11040468B2; US20200290242A1; TWI626212B; CN112159592A; US10717213B2; CN112159592B

Abstract

一種奈米碳管複合結構的製備方法，包括以下步驟：將一奈米碳管結構放在一基底的第一表面；提供一單體溶液，並將該單體溶液塗覆至所述奈米碳管結構上；使所述單體聚合，得到奈米碳管複合結構；及去除所述基底。

Description

奈米碳管複合結構及其製備方法

本發明涉及一種奈米碳管複合結構及其製備方法。

自九十年代初以來，以奈米碳管為代表的奈米材料以其獨特的結構和性質引起了人們極大的關注。近幾年來，隨著奈米碳管及奈米材料研究的不斷深入，其廣闊的應用前景不斷顯現出來。例如，由於奈米碳管所具有的獨特的電磁學、光學、力學、化學等性能，大量有關其在場發射電子源、感測器、新型光學材料、軟鐵磁材料等領域的應用研究不斷被報導。

目前奈米碳管與聚合物的複合可以通過兩種方式進行。第一種方式，將奈米碳管分散在有機溶劑中形成奈米碳管分散液，該奈米碳管分散液與聚合物單體溶液混合並進行原位聚合。由於奈米碳管在有機溶劑中容易團聚，分散性差，導致奈米碳管與聚合物複合不均勻，影響最終產品的一致性。第二種方式，將聚合物完全熔融後，通過澆注的方式與奈米碳管複合，待熔融的聚合物冷卻後形成奈米碳管複合結構。熔融後的聚合物黏性大，導致奈米碳管在熔融的聚合物中分散性差，依然影響最終產品的一致性。

有鑒於此，提供一種奈米碳管複合結構及其製備方法，該方法提高了奈米碳管與聚合物複合的均勻性實為必要。

一種奈米碳管複合結構的製備方法，包括以下步驟：提供一基底，該基底具有一第一表面，該第一表面係奈米級平整的表面；將一奈米碳管結構設置在所述第一表面上，該奈米碳管結構包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管與所述第一表面直接接觸；將一單體溶液塗覆至所述奈米碳管結構；使所述單體聚合，在塗覆所述單體溶液和使單體聚合的過程中，所述複數個奈米碳管始終與所述第一表面直接接觸；及去除所述基底。

一種奈米碳管複合結構，包括複數個奈米碳管和一聚合物，該複數個奈米碳管分散於所述聚合物中，其中，所述奈米碳管複合結構具有一奈米級平整的表面，所述複數個奈米碳管的部份表面至該奈米級平整的表面的距離為大於等於零且小於等於30奈米。

一種奈米碳管複合結構的製備方法，包括以下步驟：提供一基底，該基底具有一第一表面，該第一表面係奈米級平整的表面；將一奈米碳管結構設置在所述第一表面上形成一預製體，該奈米碳管結構包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管與所述第一表面直接接觸；將兩個所述預製體間隔設置在一基板上，所述兩個預製體和該基板封裝成具有一開口的模具，兩個預製體上的奈米碳管結構相對設置且均位元於該模具的內部；將一單體溶液從模具的開口注入該模具的內部；使所述單體聚合，在注入所述單體溶液和使單體聚合的過程中，所述複數個奈米碳管始終與所述第一表面直接接觸；去除所述基底和基板。

與先前技術相比，本發明將奈米碳管結構設置在一奈米級平整的基底上，然後將聚合物單體溶液塗覆在奈米碳管結構上，由於聚合物單體溶液的黏性小，流動性好，可以均勻分佈在所述奈米碳管結構中，當固化所述單體使其聚合時，所得到的奈米碳管複合結構中，奈米碳管具有良好的分散性。進一步，去除基底後，得到奈米級平整的奈米碳管複合結構，並且奈米碳管在聚合物中部份暴露，提高了奈米碳管複合結構的導電性。

下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的奈米碳管複合結構及其製備方法作進一步的詳細說明。

請參見圖1，本發明第一實施例提供一種奈米碳管複合結構130的製備方法，包括以下步驟： S1，將一奈米碳管結構110設置在一基底100的第一表面102，該奈米碳管結構110具有相對的第二表面112和第三表面114，該第三表面114與基底100的第一表面102直接接觸； S2，提供一單體溶液140，該單體溶液140係將單體分散至有機溶劑中形成，並將該單體溶液140塗覆至所述奈米碳管結構110； S3，使所述單體聚合； S4，去除所述基底100，得到奈米碳管複合結構130。

步驟S1中，所述奈米碳管結構110包括複數個均勻分佈的奈米碳管118，相鄰奈米碳管118之間具有間隙116。該複數個奈米碳管118平行於奈米碳管結構110的第二表面112和第三表面114，該複數個奈米碳管118也平行於基底100的第一表面102，並且奈米碳管118之間通過凡得瓦力緊密結合。所述奈米碳管118包括單壁奈米碳管118、雙壁奈米碳管118及多壁奈米碳管118中的一種或複數種。所述單壁奈米碳管118的直徑為0.5 奈米~50奈米，所述雙壁奈米碳管118的直徑為1.0奈米~50奈米，所述多壁奈米碳管118的直徑為1.5奈米~50奈米。所述奈米碳管結構110係由奈米碳管118組成的純結構。所述奈米碳管118為無序或有序排列。這裡的無序排列指奈米碳管118的排列方向無規律，這裡的有序排列指至少多數奈米碳管118的排列方向具有一定規律。具體地，當奈米碳管結構110包括無序排列的奈米碳管118時，奈米碳管118相互纏繞或者各向同性排列；當奈米碳管結構110包括有序排列的奈米碳管118時，奈米碳管118沿一個方向或者複數個方向擇優取向排列。所述奈米碳管結構110可以為奈米碳管拉膜、奈米碳管絮化膜或者奈米碳管碾壓膜。

請參見圖2，所述奈米碳管拉膜包括複數個首尾相連且沿同一方向延伸的奈米碳管118。所述奈米碳管118均勻分佈，且平行於奈米碳管拉膜表面。所述奈米碳管拉膜中的奈米碳管118之間通過凡得瓦力連接。一方面，首尾相連的奈米碳管118之間通過凡得瓦力連接，另一方面，平行的奈米碳管118之間部份亦通過凡得瓦力結合，故，該奈米碳管拉膜具有一定的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂，且具有良好的自支撐性能。所述奈米碳管拉膜可通過直接拉伸一奈米碳管陣列獲得。

當所述奈米碳管結構110包括至少兩層重疊設置的奈米碳管拉膜時，相鄰的奈米碳管拉膜之間通過凡得瓦力緊密結合。進一步，相鄰兩層奈米碳管拉膜中的奈米碳管118的延伸方向之間形成一夾角α，0≦α≦90度，具體可依據實際需求而進行調整。所述至少兩層奈米碳管拉膜交叉重疊設置時，可以提高奈米碳管結構110的機械強度，進而提高奈米碳管複合結構130的機械強度。本實施例中，所述奈米碳管結構110為兩層重疊交叉設置的奈米碳管拉膜，並且兩層奈米碳管拉膜中奈米碳管118的延伸方向形成的夾角為90度。

請參見圖3，所述奈米碳管絮化膜為各向同性，其包括複數個無序排列且均勻分佈的奈米碳管118。奈米碳管118之間通過凡得瓦力相互吸引、相互纏繞。故，奈米碳管絮化膜具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂，且具有良好的自支撐性能。

請參見圖4和圖5，所述奈米碳管碾壓膜包括均勻分佈的奈米碳管118，奈米碳管118沿同一方向或不同方向擇優取向排列。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管118與奈米碳管碾壓膜的表面成一夾角α，其中，α大於等於零度且小於等於15度(0≦α≦15°)。優選地，所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管118平行於奈米碳管碾壓膜的表面。依據碾壓的方式不同，該奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管118具有不同的排列形式。請參見圖4，奈米碳管118在奈米碳管碾壓膜中可沿一固定方向擇優取向排列；請參見圖5，奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管118可沿不同方向擇優取向排列。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管118部份交疊。所述奈米碳管碾壓膜中奈米碳管118之間通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使得該奈米碳管碾壓膜具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。且由於奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管118之間通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使奈米碳管碾壓膜具有良好的自支撐性能。所述奈米碳管碾壓膜可通過沿一定方向或不同方向碾壓一奈米碳管陣列獲得。

所述自支撐係指所述奈米碳管拉膜、奈米碳管絮化膜或奈米碳管碾壓膜均不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身層狀狀態，即將所述奈米碳管拉膜、奈米碳管絮化膜或奈米碳管碾壓膜置於（或固定於）間隔一固定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管拉膜、奈米碳管絮化膜或奈米碳管碾壓膜能夠保持自身層狀狀態。

所述基底100的第一表面102係奈米級平整。該奈米級平整係指一個第一表面102非常平整，達到了奈米級，或者說該第一表面102的高低起伏的高度差在奈米級。具體的，所述第一表面102的高低起伏的高度差大於等於零且小於等於30奈米。比如，所述第一表面102的高低起伏的高度差大於等於零且小於等於20奈米，或者所述第一表面102的高低起伏的高度差大於等於零且小於等於10奈米。所述基底100的材料可以係藍寶石、單晶石英、氮化鎵、砷化鎵、矽、石墨烯、聚合物等複數種材料中的一種或幾種。可以理解，所述基底100的熔點需要大於單體聚合時所需的溫度。所述基底100的長度、寬度及厚度不限，根據需要可以調整。本實施例中，所述基底100的材料為矽片。

進一步，可以在所述奈米碳管結構110的第二表面112滴落一些有機溶劑，當該有機溶劑揮發時，在該有機溶劑表面張力的作用下，可以使奈米碳管結構110與基底100的第一表面102之間的空氣去除，使得奈米碳管結構110緊密貼合在基底100的第一表面102上。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等。

步驟S2中，所述單體係指能發生聚合反應或縮聚反應等而形成聚合物120的化合物。該聚合物120包括酚醛樹脂（PF）、環氧樹脂（EP）、聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、苯丙環丁烯(BCB)、聚環烯烴或聚醯亞胺（PI）、聚偏氟乙烯（PVDF）等。本實施例中，所述單體係醯亞胺，所述聚合物120係聚醯亞胺。所述有機溶劑包括乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等。

由於單體溶液140黏性小，流動性好，當單體溶液140塗覆在奈米碳管結構110的第二表面112時，該單體溶液140可以通過相鄰奈米碳管118之間的間隙116滲透到基底100的部份第一表面102。該第一表面102可以看作兩部份，一部份與單體溶液140直接接觸並被該單體溶液140覆蓋，另一部份依然與所述奈米碳管118直接接觸。所述塗覆單體溶液140的方式不限，比如旋塗、甩塗等。本實施例中，採用塗膜儀將單體溶液140塗覆在奈米碳管結構110上。

步驟S3中，使所述單體聚合的方式不限，比如高溫處理等。具體的，將塗覆了單體溶液140的奈米碳管結構110及基體100一起放入反應爐內，加熱至單體發生聚合反應所需要的溫度，使單體發生聚合反應形成聚合物120。將奈米碳管118與基底100的第一表面102直接接觸的表面定義為接觸表面117。由於奈米碳管118係管狀，故所述奈米碳管結構110的第三表面114實際上係彎彎曲曲的表面。所述接觸表面117係所述第三表面114的一部份。除了該接觸表面117之外，奈米碳管118剩餘的第三表面114及相鄰奈米碳管118之間的間隙116均滲透有單體溶液140。當單體聚合形成固態的聚合物120時，該聚合物120實際上與所述奈米碳管結構110複合在了一起，成為一個整體，即奈米碳管複合結構130。

步驟S4中，採用將所述奈米碳管複合結構130從所述基底100的第一表面102剝離下來去除所述基底100的方式不限。可以採用水浸泡、刀片、膠帶或其他工具將奈米碳管複合結構130從所述基底100整體剝離。

在單體溶液140的塗覆及單體發生聚合的過程中，由於基底100的表面102係奈米級平整，單體溶液140不能滲透至所述接觸表面117與第一表面102之間，故，所述接觸表面117始終與所述第一表面102直接接觸。也即，與基底100第一表面102直接接觸的奈米碳管118始終係與基底100第一表面102直接接觸。故，當將所述奈米碳管複合結構130整體剝離下來時，所述接觸表面117暴露在外，並沒有被聚合物120覆蓋。也即，與基底100第一表面102直接接觸的奈米碳管118中的部份管壁係暴露在外的，並沒有被所述聚合物120包覆。也就係說，奈米碳管118中與基底100第一表面102直接接觸的管壁的外表面沒有被所述聚合物120包覆，除此之外，奈米碳管118中與基底100沒有直接接觸的管壁外表面均被所述聚合物120包覆，同時材料可能存在電子隧穿現象，增強了材料的導電性。

所述奈米碳管複合結構130包括複數個奈米碳管118和聚合物120，該複數個奈米碳管118在聚合物120中均勻分散，並且該複數個奈米碳管118在聚合物120中首尾相連且沿同一方向延伸。或者所述奈米碳管118沿不同方向延伸，或者所述奈米碳管118相互纏繞成網路狀結構。該奈米碳管複合結構130具有一第四表面132，在奈米碳管複合結構130沒有從基底100上剝離之前，該第四表面132與基底100的第一表面102直接接觸。所述奈米碳管118的延伸方向平行於該第四表面132。部份奈米碳管118（具體指與所述第一表面102直接接觸的奈米碳管118）的部份表面（具體指所述接觸表面117）與所述奈米碳管複合結構130的第四表面132處於同一平面。所述聚合物120靠近基底100的表面定義為下表面122，所述接觸表面117與該下表面122共同組成奈米碳管複合結構130的第四表面132。也即，所述接觸表面117係所述第四表面132的一部份，並且暴露在外，並未被所述聚合物120覆蓋，形成一暴露表面。可以理解，該暴露表面從所述聚合物120的下表面122突出，且該暴露表面至聚合物120的下表面122的高度差在奈米級。由於基底100的第一表面102係奈米級平整，故，去除基底100之後，所得到的奈米碳管複合結構130的第四表面132也係奈米級平整。該奈米級平整係指，所述聚合物120的下表面122與所述接觸表面117之間的高度差大於等於零且小於等於30奈米。比如，所述聚合物120的下表面122與所述接觸表面117之間的高度差大於等於零且小於等於20奈米，或者所述聚合物120的下表面122與所述接觸表面117之間的高度差大於等於零且小於等於10奈米。

本發明具體實施例僅以聚合物為聚醯亞胺，奈米碳管結構110為垂直交叉重疊設置的兩層奈米碳管拉膜為例來說明，但不能對本發明造成限定。

將30.68mL無水DMAc（N,N’-二甲基乙醯胺）放入三口燒瓶中。室溫下，在氮氣環境中，將2.0024g的ODA（4,4’-二胺基二苯醚，10mmol）放置於所述三口燒瓶中。當所述ODA完全溶解於DMAc中時，將2.1812g的PMDA（均苯四甲酸二酐，10mmol）一次性加入所述三口燒瓶中。室溫下，在氮氣環境中所述混合物被攪拌12個小時，得到PAA（聚醯胺酸）溶液，固含量約為12%。由Cone Plate黏度計測的所述PAA溶液的黏度為7046cp。將垂直交叉重疊設置的兩層奈米碳管拉膜放置於矽片上，然後將所述PAA溶液塗覆在所述兩層奈米碳管拉膜遠離矽片的表面上，該PAA溶液滲透至所述兩層奈米碳管拉膜中，得到一預製結構。將該預製結構放入馬弗爐中進行固化，固化溫度分別係80度、120度、180度、300度和350度，每個溫度段保溫1h。最後，將奈米碳管/聚醯亞胺（CNT/PI）複合結構從矽片上剝離下來。

由圖6可以看出，奈米碳管在CNT/PI複合結構中均勻分散，並且具有取向性，也即奈米碳管的分散性高。

圖7係在CNT/PI複合結構的第四表面132鍍一層3奈米厚的金膜後的SEM照片。圖7可看出塗覆金膜後的第四表面132係一層平坦的表面，沒有高低起伏，這說明圖6中的奈米碳管圖像源於二次電子發射，並非表面高低起伏，CNT/PI複合結構中部份奈米碳管的部份表面與該CNT/PI複合結構的第四表面132處於同一表面，並且CNT/PI複合結構的第四表面132奈米級平整。從圖8和圖9也可以明顯得知，CNT/PI複合結構的第四表面132係奈米級平整的表面。

請參見圖10，本發明第二實施例提供一種奈米碳管複合結構160的製備方法，包括以下步驟： S1’，將所述奈米碳管結構110設置在所述基底100的第一表面102上，所述奈米碳管結構110的第三表面114與基底100的第一表面102直接接觸； S2’，將一石墨烯層150設置在所述奈米碳管結構110的第二表面112； S3’，將所述單體溶液140塗覆至所述石墨烯層150和奈米碳管結構110； S4’，使所述單體聚合； S5’，去除所述基底110，得到奈米碳管複合結構160。

步驟S2’中，所述石墨烯層150為一個二維結構的具有一定面積的膜結構。該石墨烯層150包括多層石墨烯，該多層石墨烯可以相互搭接形成石墨烯層150，相鄰石墨烯之間形成孔隙（圖未示）。所述石墨烯為由複數個碳原子通過sp2鍵雜化構成的單層的二維平面結構。該石墨烯的厚度可以為單層碳原子的厚度。

所述石墨烯層150為一自支撐結構，所述自支撐為石墨烯層150不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該石墨烯層150置於（或固定於）間隔一固定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的石墨烯層150能夠懸空保持自身膜狀狀態。實驗表明，石墨烯並非一個百分之百的光潔平整的二維膜，而係有大量的微觀起伏在單層石墨烯的表面上，單層石墨烯正係借助這種方式來維持自身的自支撐性及穩定性。

步驟S3’中，由於相鄰石墨烯之間形成孔隙，當所述單體溶液140被塗覆至石墨烯層150時，該單體溶液140可以通過石墨烯層150中的孔隙到達奈米碳管結構110，並通過奈米碳管118之間的間隙116到達基底100的第一表面102。然而，由於基底100的第一表面102係奈米級平整，奈米碳管118中的接觸表面117與所述第一表面102之間並沒有單體溶液140。經過後續的單體聚合和去除基底100之後，奈米碳管118中的接觸表面117不會被聚合物120覆蓋，係暴露在外的，形成一暴露表面。可以理解，該暴露表面從所述聚合物表面突出，且該暴露表面至聚合物120的下表面122的高度差在奈米級。奈米碳管複合結構160也具有一與第一實施例相同的奈米級平整的表面。即，該奈米級平整係指，所述聚合物120的下表面122與所述接觸表面117之間的高度差大於等於零且小於等於100奈米。比如，所述聚合物120的下表面122與所述接觸表面117之間的高度差大於等於零且小於等於50奈米，或者所述聚合物120的下表面122與所述接觸表面117之間的高度差大於等於零且小於等於10奈米。

步驟S2’和S3’除上述的介紹之外，步驟S2’和S3’中其餘的材料、操作、參數等均與第一實施例相同。另，步驟S1’、S4’和S5’分別與第一實施例中的步驟S1、S3和S4相同。

本實施例中，在奈米碳管複合結構160中進一步複合了石墨烯，提高了奈米碳管複合結構160的機械性能和導熱性能。

請參見圖11，本發明第三實施例提供一種奈米碳管複合結構170的製備方法，包括以下步驟： S31，將所述奈米碳管結構110設置在所述基底100的第一表面102上，所述奈米碳管結構110的第三表面114與基底100的第一表面102直接接觸，形成一預製體172； S32，將兩個所述預製體172間隔設置在一基板174上，所述兩個基底100和該基板174封裝成一端開口的模具176，兩個基底100上的奈米碳管結構110相對設置且均位於該模具176的內部； S33，將所述單體溶液140沿模具176的開口注入該模具176的內部； S34，使所述單體聚合； S35，去除所述基底110和基板174，得到奈米碳管複合結構170。

步驟S32中，所述兩個預製體172和所述基板174封裝成模具176的方法不限，比如，通過密封膠將兩個預製體172和基板174這三個元件黏在一起或機械卡固在一起。所述密封膠可為706B型號硫化矽橡膠。所述模具176頂部具有所述開口。每個預製體172中的奈米碳管結構100均位元於該模具176的模腔內，每個預製體172中的基底100形成該模具176的側壁。故，所述兩個預製體172中的兩個基底100形成該模具176相對的兩個側壁。所述基板174的材料不限，可以為玻璃、二氧化矽、金屬或金屬氧化物等。本實施例中，所述基板174的材料為玻璃。

為了使預製體172中的奈米碳管結構110貼合在基底100的第一表面102上，不會因為自身的重力而脫落，可以滴塗所述有機溶劑使得奈米碳管118黏附於基底100的第一表面102上。

另，為了使預製體172中的奈米碳管結構110貼合在基底100的第一表面102上，不會因為自身的重力而脫落，也可以採用面積大於第一表面102的奈米碳管結構110，當奈米碳管結構110設置在第一表面102時，將多餘的奈米碳管結構110彎折至基底100中與第一表面102相對設置的另一面。如果將基底100的第一表面102視為“基底100的前面”，那麼基底100中與第一表面102相對設置的另一面即為“基底100的背面”。也即，將奈米碳管結構110設置在基底100的前面，將多餘的奈米碳管結構110彎折至基底100的背面，並在基底100的背面塗覆黏結劑，從而將奈米碳管結構110固定至基底100上或通過機械方法固定。可以理解，所述黏結劑的耐熱溫度大於單體溶液140發生聚合反應時所需的溫度。

步驟S33中，將所述單體溶液140沿著模具176的內壁緩慢注入膜腔內，使所述單體溶液140沒過奈米碳管結構110。單體溶液140在模具中的液面要超過奈米碳管結構110，使單體溶液140完全浸潤奈米碳管結構110。由於奈米碳管結構110被基底100支撐，故當注入單體溶液140時，該單體溶液140不會破壞奈米碳管結構100的完整性。

步驟S32和S33除上述的介紹之外，步驟S32和S33中其餘的材料、操作、參數等均與第一實施例相同。另，步驟S31、S34和S35分別與第一實施例中的步驟S1、S3和S4相同，這裡不再贅述。

本實施例中，當去除所述基底100後，所述奈米碳管複合結構170具有相對的兩個奈米級平整的表面。該兩個奈米級平整的表面的形成原理與第一實施例相同，這裡不再贅述。

請參見圖12，本發明第四實施例提供一種奈米碳管複合結構180的製備方法，包括以下步驟： S41，將一奈米碳管結構110設置在一基底100的第一表面102，該奈米碳管結構110具有相對的第二表面112和第三表面114，該第三表面114與基底100的第一表面102直接接觸； S42，將承載所述奈米碳管結構110的基底100放入一容器182內，該容器182具有一開口； S43，將所述單體溶液140沿所述容器182的內壁從所述容器182的開口注入該容器182內； S44，使所述單體聚合； S45，去除所述基底110和所述容器182，得到奈米碳管複合結構180。

步驟S42中，所述容器182具有一底部，該底部與所述容器182的開口相對設置。當承載所述奈米碳管結構110的基底100放入所述容器182內時，所述基底100位於容器182的底部且與容器182的底部直接接觸，所述奈米碳管結構110相對於基底100而言係更靠近容器182的開口。所述容器182的材料不限，可以為玻璃、二氧化矽、金屬或金屬氧化物等。本實施例中，所述容器182的材料為玻璃。

步驟S43中，將所述單體溶液140沿著容器182的內壁緩慢注入容器182內。可以調節單體溶液140的用量，使得單體溶液140將整個奈米碳管結構110完全沒過或者浸潤，或者僅僅將部份奈米碳管結構100浸潤。由於奈米碳管結構110被基底100支撐，故當注入單體溶液140時，該單體溶液140不會破壞奈米碳管結構100的完整性。

步驟S42和S43除上述的介紹之外，步驟S42和S43中其餘的材料、操作、參數等均與第一實施例相同。另，步驟S41、S44和S45分別與第一實施例中的步驟S1、S3和S4相同，這裡不再贅述。

本實施例中，當去除所述容器182和基底100後，所述奈米碳管複合結構180具有一個奈米級平整的表面。該奈米級平整的表面的形成原理與第一實施例相同，這裡不再贅述。

當單體溶液140僅將奈米碳管結構100靠近基底100的部份浸潤時，最終得到的奈米碳管複合結構180中，聚合物120的厚度小於奈米碳管結構110的厚度。故，該奈米碳管複合結構180，可能有一部份奈米碳管118會完全被聚合物120包覆，而另一部份奈米碳管118暴露於聚合物120。本實施例中，所述奈米碳管結構110包括多層層疊設置的奈米碳管拉膜（例如3層奈米碳管拉膜），調節單體溶液140的用量，使所述單體溶液140沒過靠近基底100的部份奈米碳管結構110；最後得到的奈米碳管複合結構180中，中間層的奈米碳管118被聚合物120完全包覆，最上層的奈米碳管118大部份暴露於聚合物120，最下層的奈米碳管118與基底100的第二表面102直接接觸的奈米碳管118的接觸表面117暴露，且與聚合物120的下表面122形成具有奈米級平整的表面。

相對於先前技術，本發明提供的奈米碳管複合結構的製備方法具有以下優點：第一、本發明將奈米碳管結構設置在一奈米級平整的基底上，然後將聚合物單體溶液塗覆在奈米碳管結構上，相比於熔融的聚合物，聚合物單體溶液的黏性小，流動性好，可以均勻分佈在所述奈米碳管結構中，當固化所述單體使其聚合時，所得到的奈米碳管複合結構中，奈米碳管具有良好的分散性；第二、去除基底後，得到奈米級平整的奈米碳管複合結構，並且奈米碳管在聚合物中部份暴露，提高了奈米碳管複合結構的導電性；第三、奈米碳管在奈米碳管複合結構中具有較高的含量，並且奈米碳管取向和含量可控。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧基底

102‧‧‧第一表面

110‧‧‧奈米碳管結構

112‧‧‧第二表面

116‧‧‧間隙

118‧‧‧奈米碳管

117‧‧‧接觸表面

114‧‧‧第三表面

140‧‧‧單體溶液

120‧‧‧聚合物

122‧‧‧下表面

130，160，170，180‧‧‧奈米碳管複合結構

132‧‧‧第四表面

150‧‧‧石墨烯層

172‧‧‧預製體

174‧‧‧基板

176‧‧‧模具

182‧‧‧容器

圖1為本發明第一實施例提供的奈米碳管複合結構的製備方法的工藝流程圖。

圖2為本發明第一實施例使用的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。

圖3為本發明第一實施例使用的奈米碳管絮化膜的掃描電鏡照片。

圖4為本發明第一實施例使用的包括複數個沿同一方向擇優取向排列的奈米碳管的奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。

圖5為本發明第一實施例使用的包括複數個沿不同方向擇優取向排列的奈米碳管的奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。

圖6為本發明第一實施例提供的CNT/PI複合結構第四表面的SEM照片。

圖7為本發明第一實施例提供的CNT/PI複合結構第四表面塗覆1奈米厚的金膜後的SEM照片。

圖8為本發明第一實施例提供的CNT/PI複合結構第四表面的AFM（原子力顯微鏡）照片。

圖9為本發明第一實施例提供的CNT/PI複合結構第四表面塗覆3奈米厚的金膜後的AFM照片。

圖10為本發明第二實施例提供的奈米碳管複合結構的製備方法的工藝流程圖。

圖11為本發明第三實施例提供的奈米碳管複合結構的製備方法的工藝流程圖。

圖12為本發明第四實施例提供的奈米碳管複合結構的製備方法的工藝流程圖。

無

Claims

一種奈米碳管複合結構的製備方法，包括以下步驟：提供一基底，該基底具有一第一表面，該第一表面係奈米級平整的表面；將一奈米碳管結構設置在所述第一表面上，該奈米碳管結構包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管與所述第一表面直接接觸；將一單體溶液塗覆至所述奈米碳管結構上；使所述單體聚合，在塗覆所述單體溶液和使單體聚合的過程中，所述複數個奈米碳管始終與所述第一表面直接接觸；及去除所述基底。
如請求項1所述的奈米碳管複合結構的製備方法，其中，所述複數個奈米碳管首尾相連且沿同一方向延伸。
如請求項1所述的奈米碳管複合結構的製備方法，其中，相鄰奈米碳管之間具有間隙，在塗覆所述單體溶液的過程中，該單體溶液通過所述間隙滲透至所述第一表面。
如請求項1所述的奈米碳管複合結構的製備方法，其中，所述複數個奈米碳管平行與所述第一表面。
如請求項1所述的奈米碳管複合結構的製備方法，其中，所述基底的材料係藍寶石、單晶石英、氮化鎵、砷化鎵、石墨烯、矽或者聚合物。
如請求項1所述的奈米碳管複合結構的製備方法，其中，所述奈米碳管結構包括多層重疊設置的奈米碳管膜，每一層奈米碳管膜包括複數個沿同一方向延伸的奈米碳管，相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管的延伸方向形成一交叉角度，該交叉角度大於等於0並且小於等於90度。
如請求項1所述的奈米碳管複合結構的製備方法，其中，所述基底係矽片，所述單體溶液係聚醯胺酸溶液，所述聚合物係聚醯亞胺。
如請求項1所述的奈米碳管複合結構的製備方法，其中，進一步包括一塗覆所述單體溶液之前，將一石墨烯層設置在所述奈米碳管結構上的步驟。
一種奈米碳管複合結構，包括複數個奈米碳管和一聚合物，該複數個奈米碳管分散於所述聚合物中，其改良在於，所述奈米碳管複合結構具有一奈米級平整的表面，所述複數個奈米碳管的部份表面暴露形成暴露表面，且所述暴露表面至該奈米級平整的表面的距離為大於等於零且小於等於30奈米。
如請求項9所述的奈米碳管複合結構，其中，所述暴露表面從所述聚合物表面突出。
一種奈米碳管複合結構的製備方法，包括以下步驟：提供一基底，該基底具有一第一表面，該第一表面係奈米級平整的表面；將一奈米碳管結構設置在所述第一表面上形成一預製體，該奈米碳管結構包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管與所述第一表面直接接觸；將兩個所述預製體間隔設置在一基板上，所述兩個預製體和該基板封裝成具有一開口的模具，兩個預製體上的奈米碳管結構相對設置且均位元於該模具的內部；將一單體溶液從模具的開口注入該模具的內部；使所述單體聚合，在注入所述單體溶液和使單體聚合的過程中，所述複數個奈米碳管始終與所述第一表面直接接觸；及去除所述基底和基板。
如請求項11所述的奈米碳管複合結構的製備方法，其中，所述基底的材料係藍寶石、單晶石英、氮化鎵、砷化鎵、矽或者聚合物。
如請求項11所述的奈米碳管複合結構的製備方法，其中，所述第一表面的高低起伏的高度差大於等於零且小於等於30奈米。