一種納米薄膜的製作方法與流程

2024-03-30 18:15:05

本發明涉及一種製備方法，具體是一種納米薄膜的製作方法。

背景技術：

碳納米管(CNT)作為典型的一維納米材料，重量輕，韌性高、導電性強、場發射性能優良，兼具金屬性和半導體性，有「超級纖維」之稱。自1991年被發現以來，碳納米管在光電子器件、複合材料、生物與化學傳感器等眾多領域的應用前景吸引了廣泛關注。用單壁碳納米管制造的碳納米管薄膜擁有很好的應用前景，舉以半導體性碳納米管作為導電溝道的碳納米管場效應電晶體(CNT-FET)為例，CNT-FET具有高的開關電流比、理想的亞閾值特性、低溫下可實現彈道輸運和可以進行更大規模的集成等優良性能。構築場效應電晶體需要半導體性碳納米管，但現有條件下一般製備出的碳納米管產品均是1/3金屬性和2/3半導體性碳納米管的混合物，影響CNT-FET的各項性能，使其應用受到嚴重限制。因此，近年來國際上不少國家的科研機構都致力於碳納米管分離技術的研究。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種納米薄膜的製作方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種納米薄膜的製作方法，包括以下步驟：製備一基體；製備一碳納米管薄膜；刻蝕處理所述碳納米管薄膜，得到部分區域減薄或者穿透的碳納米管薄膜；將碳納米管薄膜溶解製成碳納米管分散液，並將碳納米管分散液添加到吸附用容器中，向吸附用容器裡添加吸附用介質，以浸潤的方式形成介質表面的半導體性碳納米管富集層；將至少一經過刻蝕處理的碳納米管薄膜置於所述基體的至少一個表面形成一碳納米管薄膜結構，從而形成一碳納米管薄膜複合材料預製體；加熱所述碳納米管薄膜複合材料預製體，使所述碳納米管薄膜結構與所述基體複合，從而得到一碳納米管薄膜複合材料。

作為本發明進一步的方案：所述基體為高分子基體。

作為本發明進一步的方案：所述碳納米管薄膜採用浮動催化法或可紡絲陣列拉膜法製備或採用巴基紙碳納米管薄膜。

作為本發明進一步的方案：「刻蝕處理所述碳納米管薄膜」步驟具體為：先用有機溶劑處理所述碳納米管薄膜，形成緻密化的碳納米管薄膜，再對緻密化的碳納米管薄膜進行刻蝕處理。

作為本發明進一步的方案：所述「用有機溶劑處理所述碳納米管薄膜，形成緻密化的碳納米管薄膜」步驟具體為：將有機溶劑直接噴塗在所述碳納米管薄膜表面，直至整個碳納米管薄膜被有機溶劑浸潤，待有機溶劑揮發後，形成緻密化的碳納米管薄膜，所述緻密化的碳納米管薄膜的厚度大於50nm。

作為本發明進一步的方案：所述「刻蝕處理所述碳納米管薄膜」為雷射刻蝕或者光熱刻蝕處理所述碳納米管薄膜。

作為本發明再進一步的方案：「將至少一經過刻蝕處理的碳納米管薄膜置於所述基體的至少一個表面形成一碳納米管薄膜結構，從而形成一碳納米管薄膜複合材料預製體」步驟具體為：採用噴塗或浸泡的方法將所述基體置於所述經過刻蝕處理的碳納米管薄膜上。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明無需任何特殊裝置和繁雜工序，製備過程簡便、實用，而且低成本，有利於實現大面積碳納米管薄膜的製備，促進半導體性碳納米管薄膜在諸多領域的應用。

具體實施方式

下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。

本發明實施例中，一種納米薄膜的製作方法，包括以下步驟：製備一基體；製備一碳納米管薄膜；刻蝕處理所述碳納米管薄膜，得到部分區域減薄或者穿透的碳納米管薄膜；將碳納米管薄膜溶解製成碳納米管分散液，並將碳納米管分散液添加到吸附用容器 中，向吸附用容器裡添加吸附用介質，以浸潤的方式形成介質表面的半導體性碳納米管富集層；將至少一經過刻蝕處理的碳納米管薄膜置於所述基體的至少一個表面形成一碳納米管薄膜結構，從而形成一碳納米管薄膜複合材料預製體；加熱所述碳納米管薄膜複合材料預製體，使所述碳納米管薄膜結構與所述基體複合，從而得到一碳納米管薄膜複合材料。所述基體為高分子基體。所述碳納米管薄膜採用浮動催化法或可紡絲陣列拉膜法製備或採用巴基紙碳納米管薄膜。「刻蝕處理所述碳納米管薄膜」步驟具體為：先用有機溶劑處理所述碳納米管薄膜，形成緻密化的碳納米管薄膜，再對緻密化的碳納米管薄膜進行刻蝕處理。所述「用有機溶劑處理所述碳納米管薄膜，形成緻密化的碳納米管薄膜」步驟具體為：將有機溶劑直接噴塗在所述碳納米管薄膜表面，直至整個碳納米管薄膜被有機溶劑浸潤，待有機溶劑揮發後，形成緻密化的碳納米管薄膜，所述緻密化的碳納米管薄膜的厚度大於50nm。所述「刻蝕處理所述碳納米管薄膜」為雷射刻蝕或者光熱刻蝕處理所述碳納米管薄膜。「將至少一經過刻蝕處理的碳納米管薄膜置於所述基體的至少一個表面形成一碳納米管薄膜結構，從而形成一碳納米管薄膜複合材料預製體」步驟具體為：採用噴塗或浸泡的方法將所述基體置於所述經過刻蝕處理的碳納米管薄膜上。

實施例1：

製備一基體。該基體為高分子基體。

製備一碳納米管薄膜。該碳納米管薄膜採用浮動催化法或可紡絲陣列拉膜法製備或者直接採用巴基紙碳納米管薄膜或者其他方法製備得到的薄膜狀碳納米管。在本實施方式中，優選採用浮動催化法，製備出來的碳納米管薄膜呈三維網絡狀結構。

刻蝕處理所述碳納米管薄膜，得到部分區域減薄或者穿透的碳納米管薄膜。

首先用有機溶劑處理碳納米管薄膜，形成緻密化的碳納米管薄膜，再對緻密化的碳納米管薄膜進行刻蝕處理，該有機溶劑為揮發性有機溶劑，可選用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷等，優選地，在本實施方式中採用乙醇。將有機溶劑直接噴塗在所述碳納米管薄膜表面，直至整個碳納米管薄膜被有機溶劑浸潤，待有機溶劑揮發後，形成緻密化的碳納米管薄膜，所述緻密化的碳納米管薄膜的厚度大於50nm。

將至少一經過刻蝕處理的碳納米管薄膜置於所述基體的至少一個表面形成一碳納米管薄膜結構，從而形成一碳納米管薄膜複合材料預製體。採用噴塗或浸泡的方法將 基體置於經過刻蝕處理的碳納米管薄膜上。

在本實施方式中，優選基體為高分子基體，將碳納米管薄膜進行高分子基體浸潤處理。首先，該高分子基體為熱固性或熱塑性，若高分子基體常溫下流動性良好則不用加入溶劑，若高分子基體常溫下流動性不好則需加入有機溶劑來溶解流動性不好的高分子基體以增加高分子基體的流動性，且有機溶劑為可揮發性溶劑，可選的溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷等，在本實施方式中，有機溶劑優選採用丙酮。其次將高分子基體直接噴塗在經過雷射刻蝕的碳納米管薄膜表面，使得高分子基體浸潤到整個碳納米管薄膜結構中，高分子基體在溶液中的含量可根據需要通過噴塗浸潤的時間控制，將噴塗好高分子基體的碳納米管薄膜放置在聚四氟乙烯薄膜等上，去除有機溶劑；或者將噴塗好高分子溶液的碳納米管薄膜完全浸潤在高分子基體中，一段時間後使得高分子基體浸潤到整個碳納米管薄膜結構中，必要時也可利用超聲等其他方法促進高分子基體的浸潤，將碳納米管薄膜取出，放置在聚四氟乙烯薄膜上，將有機溶劑去除，製得碳納米管薄膜複合材料預製體。

實施例2：

製備一基體。該基體為高分子基體。製備一碳納米管薄膜。該碳納米管薄膜採用浮動催化法或可紡絲陣列拉膜法製備或者直接採用巴基紙碳納米管薄膜或者其他方法製備得到的薄膜狀碳納米管。

首先用有機溶劑處理碳納米管薄膜，形成緻密化的碳納米管薄膜，再對緻密化的碳納米管薄膜進行刻蝕處理，該有機溶劑為揮發性有機溶劑，選用甲醇。將甲醇直接噴塗在所述碳納米管薄膜表面，直至整個碳納米管薄膜被有機溶劑浸潤，待有機溶劑揮發後，形成緻密化的碳納米管薄膜，所述緻密化的碳納米管薄膜的厚度大於40nm。

將至少一經過刻蝕處理的碳納米管薄膜置於所述基體的至少一個表面形成一碳納米管薄膜結構，從而形成一碳納米管薄膜複合材料預製體。採用噴塗或浸泡的方法將 基體置於經過刻蝕處理的碳納米管薄膜上。

在本實施方式中，優選基體為高分子基體，將碳納米管薄膜進行高分子基體浸潤處理。首先，該高分子基體為熱固性或熱塑性，若高分子基體常溫下流動性良好則不用加入溶劑，若高分子基體常溫下流動性不好則需加入有機溶劑來溶解流動性不好的高分子基體以增加高分子基體的流動性，且有機溶劑為可揮發性溶劑，可選的溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷等，在本實施方式中，有機溶劑優選採用丙酮。其次將高分子基體直接噴塗在經過雷射刻蝕的碳納米管薄膜表面，使得高分子基體浸潤到整個碳納米管薄膜結構中，高分子基體在溶液中的含量可根據需要通過噴塗浸潤的時間控制，將噴塗好高分子基體的碳納米管薄膜放置在聚四氟乙烯薄膜等上，去除有機溶劑；或者將噴塗好高分子溶液的碳納米管薄膜完全浸潤在高分子基體中，一段時間後使得高分子基體浸潤到整個碳納米管薄膜結構中，必要時也可利用超聲等其他方法促進高分子基體的浸潤，將碳納米管薄膜取出，放置在聚四氟乙烯薄膜上，將有機溶劑去除，製得碳納米管薄膜複合材料預製體。

綜上所述，本發明無需任何特殊裝置和繁雜工序，製備過程簡便、實用，而且低成本，有利於實現大面積碳納米管薄膜的製備，促進半導體性碳納米管薄膜在諸多領域的應用。

對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。