TWI334851B - Method for making a carbon nanotube film - Google Patents

Description

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犋的製備方法。 【先前技術】 v I次發現奈米碳管 (Carbon Nan〇tube’ CNT)以來，以奈米碳管為代表的夺 切料以其獨特的結構和性質引起了人們極大的關注。近 =年來^I著奈米碳管及奈特料研究的錢深人，其廣 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、光睪'六風 37 場發射帝子泝n 干、匕丰性能等，大量有關其在 每士射屯子源、感測器、新型 域的應用研究不斷被報導。+材枓、軟鐵磁材料等領 奈米碳管薄膜係奈米碳管 具體地，奈米碳管轉、『、應用的—種重要形式。 物感測器、透明導命蝴 九用作場發射源、光電和生 料、發光材料等。這也廡用外極、吸波材料、水淨化材 的製備技術。先前技術^的基礎，係奈米碳管薄膜 直接生長法獲得以外，還勺奈米碳管薄臈的製備除可通過 管薄臈的方法。例如：溶二,用奈米碳管粉末製備奈米碳 法、電泳法，以及濾膜法等嘀乾燥法、L-B膜法、印席ij :、、i而，上述奈米碳管 雜、製備效率較低；同時^^製備方法的 工序較為极 較差，容易破裂。 所製備的奈米碳管薄膜的韌性 因此，確有必要提供— 年重奈米碳管薄膜的製備方 法β亥衣備方法較為簡單、效率較高，製備的奈米碳 管薄膜具有很好的韌性和機械強度 ，方便大規模應 用。 【發明内容】 種不米碳f薄膜的製備方法’包括以下步驟：提供 不米炭&陣列开)成於-基底；以及提供-施壓裝置擠壓 上述奈米碳官_，從而得到奈米碳管薄膜。 所述的施壓裝置包括一壓頭。 進一步包括採用平面壓頭沿垂直於上述奈米碳管陣列 生長的基底的方峡壓上述奈㈣管陣列，獲得平面各向 同性的奈米碳管薄膜。 進一步包括採用滾軸狀壓頭沿某一固定方向碾壓上述 奈米碳官陣歹獲得沿該固定方向擇向的奈米碳管薄 膜。 ’ 進一步包括採用滾軸狀壓頭沿不同方向碾壓上述奈米 兔官陣列，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，該基底可選用P型矽基底、N型矽基底或形 成有氧化層的矽基底；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)、鈷（c〇)、鎳（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 700〜900t的空氣中退火約30分鐘〜9〇分鐘；將處理過的 基底置於反應爐令，在保護氣體ί哀境下加熱到5QQ〜， 然後通入礙源氣體反應約5〜30分鐘，生長得到奈米碳管陣 1334851 列。 所述的奈米碳管陣列的高度大於100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 置直接施加壓力于奈米碳管陣列的方式製備，方法簡單。 依據施加壓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 和韋刃度。 【實施方式】 以下將結合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一基底，優 選地，該陣列為超順排奈米碳管陣列。 本實施例中，奈米碳管陣列的製備方法採用化學 氣相沈積法，其具體步驟包括：（a)提供一平整基底， 該基底可選用P型或N型矽基底，或選用形成有氧化 層的矽基底，本實施例優選為採用4英寸的矽基底； (b)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)、鈷（Co)、鎳（Ni)或其任意組 合的合金之一；（c)將上述形成有催化劑層的基底在 700〜900°C的空氣中退火約30分鐘〜90分鐘；（d)將 8 處理過的基底置於反應爐中，在保護氣體環境下加熱 到500〜740°C，然後通入碳源氣體反應約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 米奴官形成的純奈米碳管陣列。通過上述控制生長條 件，該超順排奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如無 定型蚊或殘留的催化劑金屬顆粒等。本實施例中碳源 ，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。 孩她Μ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撑的夺 米碳管薄膜。請參閱圖2，為本發明實施·備的夺 未碳官薄膜的宏觀照片’該奈米碳管的直徑為1〇釐 未。本實施例中，施壓裝置包括一壓頭，屢頭表面光 :二頭ST及擠麗方向決定製備的奈米碳管薄膜 中不未石反s的排列。具體地，當採用平面壓頭沿垂直 二述：米碳管陣列生長的基底的方向擠壓上述夺 二:=時’可獲得包括平面各向同性排列的奈米 二=膜(請參閱圖3);當採用滾轴狀壓 二二Γ 疋向礙壓上述奈米碳管時，可獲得太半 碳官沿該固定方向擇優取向的奈米碳管薄“閱 1334851 圖4);當採用滾軸狀壓頭沿不同方向碾壓上述夺米碳 管陣列時，可獲得奈米碳管沿不同方向擇優取向的= 米碳管薄膜。 丁 可以理解，當採用上述不同方式擠壓奈米碳管陣 列時’奈米碳管會在塵力的作用下傾倒，並與相鄰的 奈米碳管通過凡德瓦爾力相互吸弓丨、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 =的作用下，奈米碳管會從生長的基底分離，從而使 仔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，上述奈米碳管的傾 倒程度（傾角）與壓力的大小有關，壓力越大，傾角 越大1備的奈米碳管薄膜的厚度取決於奈米碳管陣 列的高度和塵力大小。奈米碳管陣列的高度越大而施 加的C力越小’則製備的奈米碳管薄膜的厚度越大； 反之；Γ、米碳管陣列的兩度越小而施力口的壓力越大， 則製備的奈米碳管薄臈的厚度越小。本實施例中，製 備的奈米碳管薄膜的厚度為丨微米〜丨毫米。 —另外，本實施例通過施壓裝置直接施壓於奈米碳 Β陣列製備奈米碳管薄膜的方法，由於奈米碳管陣列 中不米石反官生長均勻，因而可使得奈米碳管在製備的 不米石反官薄膜中分散均勻，具有較好的機械強度和韌 性。 本貫施例奈米碳管薄膜採用施壓裝置直接施加壓 力于奈米碳管陣列的方式製備，方法簡單。依據施加 10 1334851 壓力方式的不同可使奈米碳管薄臈中奈米碳管為各 • 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 械強度和韌度。 【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。 圖2係本發明實施例製備的奈米碳管薄膜的昭、 ' 片。 圖3係本發明實施例製備的各向同性奈米碳管薄 膜的掃描電鏡照片。 圖4係本發明實施例製備的擇優取向奈米碳管薄 膜的掃描電鏡照片。 _1 【主要元件符號說明】 益 11

Claims (1)

1. 十、申睛專利範圍 1.:種奈米碳管薄Μ的製備方法，包括以下步驟. =供-奈米碳管陣列形成於一基底；以及. 奈=置_上述奈米碳管陣列，從而得到 2.二範圍第1項所述的奈米碳管薄膜的製備 方法，其中：所述的施麼裝置包括一麼頭。 .如申請專利範圍第2項所述 方法Hu 私官賴的製備 ’、 夕包括採用平面壓頭沿垂直; „管陣列生長的基底的方向上述奈； 4 Π陣列’獲仔平面各向同性的奈米碳管薄膜。 .申請::範圍第2項所述的奈米碳管薄膜的製備 / 八中.進一步包括採用滾軸狀 =壓上述奈米碳管陣列，— 擇優取向的奈米碳管薄膜。 β 5. =請專利範圍第2項所述的奈米碳管薄膜的製備 〆β’其中：進—步包括採用滾轴狀塵頭沿不同方 。碾壓上奈米碳f陣列，獲 向的奈米碳管薄膜。 卩方向擇優取 6. ::請專利範圍第!項所述的奈米碳管薄膜的製備 / ’其中：所述的奈米碳管_的製備方法 以下步驟： 已枯 整基底’該基底可選用？型石夕基底、N型 夕基底或形成有氧化層的矽基底； 12 1334851 可選用鐵（Fe) '始（Co)、鎳⑽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700〜90CTC的空氣 中退火約30分鐘〜9〇分鐘；

   在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料 將處理過的基底置於反應爐中，在保護氣體環境下 2到500〜74〇。〇，然後通入碳源氣體反應約5~3〇 分鐘，生長得到奈米碳管陣列。 如申請專利範圍第6項所述的奈米碳管㈣的製備 方法，其中：所述的奈米碳管陣列的高度大於1〇〇 微米。 如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管薄膜的製備 方去，其中：所述的奈米碳管薄膜的厚度為i微米 至1毫米。

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