製備碳納米管膜的方法及製備該碳納米管膜的拉伸裝置的製作方法

2023-04-23 05:53:46 1

專利名稱：製備碳納米管膜的方法及製備該碳納米管膜的拉伸裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製備碳納米管膜的方法及製備該碳納米管膜的拉伸裝置。
背景技術：
碳納米管具有特殊的性質，如高抗張強度和高熱穩定性；隨著碳納米管螺旋方式 的變化，碳納米管可呈現出金屬性或半導體性等。由於碳納米管具有理想的一維結構以及 在力學、電學、熱學等領域優良的性質，其在材料科學、化學、物理學等交叉學科領域已展現 出廣闊的應用前景，在科學研究以及產業應用上也受到越來越多的關注。雖然碳納米管性能優異，具有廣泛的應用，但是一般情況下製備得到的碳納米管 為分散的顆粒狀或粉末狀，這對人們的應用造成了很多不便。碳納米管膜是碳納米管實際 應用的一種重要形式。具體地，碳納米管膜已被研究用作場發射源、光電和生物傳感器、透 明導電體、電池電極、吸波材料、水淨化材料、發光材料等。這些應用研究的基礎，是碳納米 管膜的製備技術。現有技術中，碳納米管膜的製備除可通過直接生長法獲得以外，還包括用 碳納米管粉末製備碳納米管膜的方法，例如噴塗法，LB法等。直接生長法一般通過控制反 應條件，如以硫磺作為添加劑或設置多層催化劑等，通過化學氣相沉積法直接生長得到碳 納米管膜。噴塗法一般通過將碳納米管粉末分散於水性溶液，並將該水性溶液塗覆於一基 材表面，經乾燥後形成碳納米管膜。LB法一般通過將一碳納米管溶液混入另一具有不同密 度之溶液(如有機溶劑)中，利用分子自組裝運動，碳納米管浮出溶液表面形成碳納米管膜 結構。然而，上述通過直接生長法生長的碳納米管膜形成於生長基底表面，難於脫離生 長基底獨立存在。上述通過噴塗法獲得的碳納米管膜中，碳納米管往往容易聚集成團導致 薄膜厚度不均。上述通過LB法製備得到的碳納米管膜一般為均勻網狀結構，碳納米管分散 均勻，不團聚。但是，上述三種方法製備的碳納米管膜中，碳納米管為無序排列，不利於充分 發揮碳納米管沿軸向具有的各種優異性能，其應用仍然受到限制。另外，上述幾種製備碳納 米管膜的方法，均處於實驗室階段，試驗條件要求較高，操作複雜，且無法實現連續化生產。範守善等人於2008年8月13日公開的第CN101239712A號中國公開專利申請揭 露了一種製備碳納米管膜的方法，利用該方法製備的碳納米管膜中，碳納米管均勻分布且 有序排列，所述碳納米管形成多個首尾相連且定向排列的碳納米管片段。而且，所述碳納米 管膜的製備方法簡單，採用一拉伸工具從碳納米管陣列中獲取一定寬度的多個碳納米管， 然後再往遠離所述碳納米管陣列的方向移動即可將碳納米管從陣列中連續拉出，從而獲得 碳納米管膜。因此，所述碳納米管膜的製備方法適用於大批量生產碳納米管膜。然而，在上述方法僅揭示採用一膠帶作為拉伸工具接觸碳納米管陣列，難於控制 該拉伸工具與碳納米管陣列的接觸面積，容易造成膠帶與碳納米管陣列的接觸面積較小， 使得所述拉伸工具在拉膜的過程中，很容易和碳納米管膜脫離，不利於連續製備碳納米管 膜。

發明內容
有鑑於此，有必要提供一種製備碳納米管膜的方法及製備該碳納米管的拉伸裝 置，該方法利於連續製備碳納米管膜，該拉伸裝置能夠增加與所述碳納米管陣列接觸面積。一種製備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟提供 一形成於一基底上的碳納米 管陣列，該碳納米管陣列包括多個碳納米管基本垂直於所述基底表面；提供一拉伸裝置，該 拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設置有黏膠；將該拉伸裝置靠近所述基底，並使所述接 觸面相對於碳納米管陣列中的碳納米管傾斜，使所述黏膠與碳納米管陣列中的多個碳納米 管接觸；沿遠離所述碳納米管陣列的方向移動所述拉伸裝置，使碳納米管首尾相連地從碳 納米陣列中連續地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。一種製備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟提供一形成於一基底上的碳納米 管陣列，該碳納米管陣列包括多個碳納米管基本垂直於所述基底表面；提供一拉伸裝置，該 拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設置有黏膠；將該拉伸裝置靠近所述基底，並使所述接 觸面上的所述黏膠與碳納米管陣列中的多個碳納米管接觸，並使該多個碳納米管相對於基 底表面傾斜；沿遠離所述碳納米管陣列的方向移動所述拉伸裝置，使碳納米管首尾相連地 從碳納米陣列中連續地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。一種拉伸裝置，其用於從形成於一基底的一碳納米管陣列中拉出碳納米管膜。該 碳納米管陣列包括多個基本垂直於所述基底表面的碳納米管。所述拉伸裝置具有一接觸 面，該接觸面用於與碳納米管陣列接觸並向碳納米管陣列傾斜，該接觸面上設置有黏附所 述碳納米管的一黏膠。一種拉伸裝置，其用於從形成於一基底的一碳納米管陣列中拉取碳納米管膜。該 碳納米管陣列包括多個基本垂直於所述基底表面的碳納米管。所述拉伸裝置具有一接觸 面，該接觸面用於與碳納米管陣列接觸，並向碳納米管陣列傾斜，該接觸面對所述碳納米管 具有粘性。與現有技術相比，本發明提供的製備碳納米管膜的方法，其拉伸裝置在拉伸所述 碳納米管膜時，該拉伸裝置的接觸面相對於碳納米管陣列中的碳納米管傾斜，使靠近該碳 納米管陣列外側的多排碳納米管傾斜並黏附在所述黏膠上。從而能夠增大所述拉伸裝置與 該碳納米管陣列的接觸面積，利於連續製備碳納米管膜。


圖1是本發明第一實施例所提供的拉伸裝置的結構示意2是圖1中的拉伸裝置靠近碳納米管陣列時的結構示意圖。圖3是圖1中的拉伸裝置接觸碳納米管陣列時的結構示意圖。圖4是本發明第二實施例所提供的拉伸裝置的結構示意圖。圖5是圖4中的拉伸裝置接觸碳納米管陣列時的結構示意6是本發明第一實施例所提供的製備碳納米管膜的方法的流程示意圖。圖7是本發明第二實施例所提供的製備碳納米管膜的方法的流程示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖詳細說明本發明實施例提供的製備碳納米管膜的方法及製備該碳納米管膜的拉伸裝置。請參閱圖1至圖3，本發明第一實施例提供一種拉伸裝置100，所述拉伸裝置100 用於從形成於一基底210的一碳納米管陣列200中獲取碳納米管膜。該碳納米管陣列200 包括多個基本垂直於所述基底210表面的碳納米管220，且該多個垂直於基底210表面的碳 納米管220以陣列方式排列。所述拉伸裝置100包括一本體110及一黏膠120。該本體110包括靠近所述碳納 米管陣列200的一接觸面111、與所述接觸面111相連的一底面112、與所述底面112相對 的一頂面113及位於所述底面112與頂面113之間的三個側面114，所述接觸面111具有靠 近所述基底210的一交界線115，所述交界線115在拉膜時為碳納米管膜與接觸面111的 相交線。所述頂面113與側面114的形狀不限，所述底面112為一平面，其平行於所述基底 210。所述接觸面111用於與所述碳納米管陣列200接觸，其形狀不限，且其遠離底面112 的一端至底面112的高度大於碳納米管陣列200的高度，優選地，所述接觸面111為一平面 或一柱面，當該接觸面111為平面時，其與底面112的夾角a大於90度小於180度。在本 實施例中，所述本體110為一倒立的梯臺，結構簡單，利於加工。所述接觸面111即為該梯 臺靠近所述碳納米管陣列200的側面。所述交界線115為一直線，平行於所述基底210，從 而保證該拉伸裝置100與所述碳納米管陣列200接觸時，具有一齊整的拉伸界面。所述黏膠120設置在所述接觸面111上，用於黏附所述碳納米管陣列200中的多 個碳納米管220。該黏膠120可以通過在所述接觸面111上塗覆膠水等粘結劑或貼設膠布 而形成，也可以通過設置其他對碳納米管220具有黏附性的物質而形成。可以理解，在本實 施例中，還可以在所述梯臺與所述接觸面111相對的側面上也設置所述黏膠120，從而使該 拉伸裝置100可以使用兩次。本領域技術人員可以理解，雖然定義本體110中接觸面111及交界線115與所述 碳納米管陣列200接觸，但實際上接觸該碳納米管陣列200的為設置在所述接觸面111及 交界線115的黏膠120。然，所述黏膠120厚度較薄且依附於該接觸面111存在，因此，為方 便理解，將所述接觸面111定義為本體110上，而非黏膠。該接觸面111及黏膠120也可以 理解為帶有粘性的接觸面111。所述拉伸裝置100在使用時，移動所述本體110，使該底面112與基底210平行， 且使所述接觸面111接觸所述碳納米管陣列200，從而使所述黏膠120黏附多個碳納米管 220。沿垂直於所述交界線115的方向移動該本體110，即可獲取所述碳納米管膜。可以理解，所述接觸面111不僅黏附有該碳納米管陣列200最外側一排碳納米管 220，還黏附有被所述接觸面111壓擠而傾斜的多排碳納米管220，使所述接觸面111與所述 碳納米管陣列200的接觸面積增大，使得所述拉伸工具100在拉膜的過程中，難以與碳納米 管膜脫離。且所述交界線115為一直線，能夠使該碳納米管膜被拉伸時受力均勻。使該拉 伸裝置100從碳納米管陣列200拉取碳納米管膜更均勻。請參閱圖4及圖5，本發明第二實施例提供一種拉伸裝置300，其用於從一形成於 一基底410的碳納米管陣列400中獲取碳納米管膜。該碳納米管陣列400包括多個基本垂 直於所述基底410表面的碳納米管420，且該多個垂直於基底410表面的碳納米管420以陣 列方式排列。所述拉伸裝置300包括一本體310及一黏膠320。所述本體310包括一接觸面311，該接觸面311具有靠近基底410的交界線312，該交界線312平行於所述基底410。所 述黏膠320設置在所述接觸面311上。本發明實施例的拉伸裝置300與第一實施例中的拉伸裝置200的結構與工作原理 基本相同，其主要區別在於，所述拉伸裝置300的本體310為一便於加工的圓柱體。所述接 觸面311為該圓柱體柱面的一部分，從而使所述黏膠320所能黏附到的碳納米管420數量 也比平面更多，所述交界線312為該圓柱體靠近基底410的側邊。在本實施例中，該拉伸裝 置400在使用時，該圓柱體的軸線與所述基底410平行，且該圓柱體的半徑大於該碳納米管 陣列200的高度。請參閱圖6，本發明第一實施例提供的一種製備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟。
步驟S101，提供一形成於一基底上的碳納米管陣列，該碳納米管陣列包括多個碳 納米管基本垂直於所述基底表面。步驟S102，提供一拉伸裝置，該拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設置有黏膠。 在本實施例中，所述拉伸裝置進一步包括一底面，該底面與接觸面相連的邊為直線。通過 外部定位的方式使所述底面與基底具有一間隙，即所述底面在工作時始終不與所述基底接 觸，防止獲取到的碳納米管膜與基底接觸並黏附在基底上。當然，所述拉伸裝置也可以為一 圓柱體，此時，所述接觸面為圓柱體柱面的一部分。步驟S103，將該拉伸裝置靠近所述基底，並使所述接觸面相對於碳納米管陣列中 的碳納米管傾斜，使所述黏膠與碳納米管陣列中的多個碳納米管接觸。在本實施例中，所述 拉伸裝置的底面平行靠近基底表面，且所述底面與基底之間始終具有一間隙，以防止所述 接觸面上的黏膠接觸基底，而將所述基底上的其他物質如催化劑黏附。使該接觸面與所述 碳納米管陣列中的多個碳納米管接觸，可以理解，處於所述底面與基底之間的碳納米管將 被所述底面壓倒傾斜，從而與即將拉伸出來的碳納米管膜分離。當所述拉伸裝置為一圓柱 體時，將所述圓柱體平行地靠近基底表面，使該圓柱體上的接觸面與碳納米管陣列中的多 個碳納米管接觸。步驟S104，沿遠離所述碳納米管陣列的方向移動所述拉伸裝置，使碳納米管首尾 相連地從碳納米陣列中連續地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。所述拉伸裝置的移動方向 與所述基底表面的夾角不大於50度，其移動速度在0. 001米每秒到0. 1米每秒之間，其拉 伸所述碳納米管膜的力小於1牛頓，以保證所述碳納米管膜的均勻性。請參閱圖7，本發明第二實施例提供的一種製備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟。步驟S201，提供一形成於一基底上的碳納米管陣列，該碳納米管陣列包括多個碳 納米管基本垂直於所述基底表面。步驟S202，提供一拉伸裝置，該拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設置有黏膠。步驟S203，將該拉伸裝置靠近所述基底，並使所述接觸面上的所述黏膠與碳納米 管陣列中的多個碳納米管接觸，並使該多個碳納米管相對於基底表面傾斜。在本實施例中， 將該拉伸裝置的接觸面靠近碳納米管陣列並與碳納米管陣列的多個碳納米管接觸時，使該 接觸面的頂部對應該多個碳納米管的遠離基底的一端，該接觸面的底部對應該多個碳納米 管的靠近基底的一端，並且使該多個碳納米管的遠離基底的一端相對於靠近基底的一端產生較大傾斜。步驟S204，沿遠離所述碳納米管陣列的方向移動所述拉伸裝置，使碳納米管首尾 相連地從碳納米陣列中連續地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。所述製備碳納米管膜的方法，其拉伸裝置在拉伸所述碳納米管膜時，該拉伸裝置 的接觸面相對於碳納米管陣列中的碳納米管傾斜，使靠近該碳納米管陣列外側的多排碳納 米管傾斜並黏附在所述黏膠上。從而能夠增大所述拉伸裝置與該碳納米管陣列的接觸面 積，使得所述拉伸工具在拉膜的過程中，不容易和碳納米管膜脫離，利於連續製備碳納米管 膜。另外，本領域技術人員還可在本發明精神內作其它變化，當然這些依據本發明精 神所作的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍內。
權利要求
一種製備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟提供一形成於一基底上的碳納米管陣列，該碳納米管陣列包括多個碳納米管基本垂直於所述基底表面；提供一拉伸裝置，該拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設置有黏膠；將該拉伸裝置靠近所述基底，並使所述接觸面相對於碳納米管陣列中的碳納米管傾斜，使所述黏膠與碳納米管陣列中的多個碳納米管接觸；沿遠離所述碳納米管陣列的方向移動所述拉伸裝置，使碳納米管首尾相連地從碳納米陣列中連續地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。
2.如權利要求1所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，所述拉伸裝置為一圓柱 體，所述接觸面為圓柱體柱面的一部分，此時，將所述圓柱體平行地靠近基底表面，使該圓 柱體上的接觸面與碳納米管陣列中的多個碳納米管接觸。
3.如權利要求1所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，所述拉伸裝置進一步包 括一底面，該底面與接觸面相連的邊為直線，此時以底面平行靠近基底表面，並使該接觸面 與所述碳納米管陣列中的多個碳納米管接觸。
4.如權利要求1所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，所述拉伸裝置與所述基 底具有一間隙。
5.如權利要求1所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，所述拉伸裝置的移動方 向與所述基底表面的夾角不大於50度。
6.如權利要求1所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，所述所述拉伸裝置的移 動速度在0.001米每秒到0. 1米每秒之間。
7.如權利要求1所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，所述拉伸裝置拉伸所述 碳納米管膜的力小於1牛頓。
8.如權利要求1所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，所述接觸面沿垂直於所 述基底的高度大於所述碳納米管陣列的高度。
9.如權利要求1所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，所述接觸面靠近所述基 底的邊為與所述碳納米管膜相交形成一交界線，該交界線為一直線。
10.如權利要求9所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，所述交界線平行於所述 基底。
11.如權利要求10所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，所述拉伸裝置靠近所 述基底一側進一步包括一底面，該底面與所述基底平行，所述底面與所述接觸面相交於所 述交界線。
12.—種製備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟提供一形成於一基底上的碳納米管陣列，該碳納米管陣列包括多個碳納米管基本垂直 於所述基底表面；提供一拉伸裝置，該拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設置有黏膠；將該拉伸裝置靠近所述基底，並使所述接觸面上的所述黏膠與碳納米管陣列中的多個 碳納米管接觸，並使該多個碳納米管相對於基底表面傾斜；沿遠離所述碳納米管陣列的方向移動所述拉伸裝置，使碳納米管首尾相連地從碳納米 陣列中連續地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。
13.如權利要求12所述的製備碳納米管膜的方法，其特徵在於，將該拉伸裝置的接觸 面靠近碳納米管陣列並與碳納米管陣列的多個碳納米管接觸時，使該接觸面的頂部對應該 多個碳納米管的遠離基底的一端，該接觸面的底部對應該多個碳納米管的靠近基底的一 端，並且使該多個碳納米管的遠離基底的一端相對於靠近基底的一端產生較大傾斜。
14.一種拉伸裝置，其用於從形成於一基底的一碳納米管陣列中拉出碳納米管膜，該碳 納米管陣列包括多個基本垂直於所述基底表面的碳納米管，其特徵在於，所述拉伸裝置具 有一接觸面，該接觸面用於與碳納米管陣列接觸並向碳納米管陣列傾斜，該接觸面上設置 有黏附所述碳納米管的一黏膠。
15.如權利要求14所述的拉伸裝置，其特徵在於，所述接觸面為平面或曲面。
16.如權利要求14所述的拉伸裝置，其特徵在於，所述拉伸裝置包括一圓柱體，所述接 觸面為所述圓柱體柱面的一部分。
17.—種拉伸裝置，其用於從形成於一基底的一碳納米管陣列中拉取碳納米管膜，該碳 納米管陣列包括多個基本垂直於所述基底表面的碳納米管，其特徵在於，所述拉伸裝置具 有一接觸面，該接觸面用於與碳納米管陣列接觸，並向碳納米管陣列傾斜，該接觸面對所述 碳納米管具有粘性。
全文摘要
本發明涉及一種製備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟提供一形成於一基底上的碳納米管陣列，該碳納米管陣列包括多個碳納米管基本垂直於所述基底表面；提供一拉伸裝置，該拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設置有黏膠；將該拉伸裝置靠近所述基底，並使所述接觸面相對於碳納米管陣列中的碳納米管傾斜，使所述黏膠與碳納米管陣列中的多個碳納米管接觸；沿遠離所述碳納米管陣列的方向移動所述拉伸裝置，使碳納米管首尾相連地從碳納米陣列中連續地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。本發明提供的製備碳納米管膜的方法，利於連續製備碳納米管膜。本發明還提供了一種製備該碳納米管膜的拉伸裝置。
文檔編號C01B31/02GK101863462SQ20091010677
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月20日 優先權日2009年4月20日
發明者馮辰, 劉亮, 姜開利, 範守善 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(深圳)有限公司