[發(fā)明專利]碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810066048.7
• 申請日: 2008-02-01
• 公開（公告）號: CN101497436A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 王雪深;李群慶;姜開利;范守善
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學;鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米材料薄膜及其制備方法，尤其涉及一種碳納米管薄 膜結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

碳納米管(Carbon?Nanotube，CNT)是一種新型碳材料，1991年由日本研 究人員Iijima首次在實驗室制備獲得(請參見，Helical?Microtubules?of Graphitic?Carbon，Nature，V354，P56-58(1991))。碳納米管的特殊結(jié)構(gòu)決定了 其具有特殊的性質(zhì)，如高抗張強度和高熱穩(wěn)定性；隨著碳納米管螺旋方式的 變化，碳納米管可呈現(xiàn)出金屬性或半導體性等。由于碳納米管具有理想的一 維結(jié)構(gòu)以及在力學、電學、熱學等領(lǐng)域優(yōu)良的性質(zhì)，其在材料科學、化學、 物理學等交叉學科領(lǐng)域已展現(xiàn)出廣闊的應用前景，包括場發(fā)射平板顯示，電 子器件，原子力顯微鏡(Atomic?Force?Microscope，AFM)針尖，熱傳感器，光 學傳感器，過濾器等等。

雖然碳納米管性能優(yōu)異，具有廣泛的應用，但是一般情況下制備得到的 碳納米管為微觀結(jié)構(gòu)，其在宏觀上為顆粒狀或粉末狀，不利于碳納米管的宏 觀應用。因此制備各種宏觀的碳納米管結(jié)構(gòu)成為人們關(guān)注的熱點(請參見The parameter?space?for?the?direct?spinning?of?fibres?and?films?of?carbon?nanotube， Physica?E，vol.37，pp.40，(2007))。

現(xiàn)有技術(shù)中揭示一種碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)及其制備方法。該碳納米管薄膜 結(jié)構(gòu)的制備方法包括以下步驟：提供一生長基底；在該生長基底上沉積一催 化劑層；提供一反應爐，并將該沉積有催化劑層的生長基底置入所述反應爐 內(nèi)；通入碳源氣，并加熱生長碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。該方法制備的碳納米管薄 膜結(jié)構(gòu)形成于所述生長基底上，且該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中包括多個相互纏 繞，無序排列的碳納米管。

然而，采用上述方法制備的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)存在以下不足：第一，由 于生長基底含有催化劑層，所以生長的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中含有催化劑，影 響了碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的純度。第二，該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中的碳納米管相 互纏繞，無序排列導致無法有效應用碳納米管的優(yōu)良特性，如：導電性與導 熱性。第三，該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)沒有自支撐性，必須設置于一基底上，限 制了其應用。第四，現(xiàn)有技術(shù)制備碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)生長基底與接收基底采 用同一基底，無法實現(xiàn)多次生長。

有鑒于此，確有必要提供一種不含催化劑，有序排列，且可以有效應用 碳納米管的優(yōu)良特性，具有自支撐性的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

一種碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，其包括至少一碳納米管薄膜，其中，該碳納米 管薄膜包括多個平行于碳納米管薄膜表面的超長碳納米管，且超長碳納米管 彼此平行排列。

一種碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的制備方法，其具體包括以下步驟：提供一生長 裝置，且該生長裝置包括一反應室以及間隔設置于該反應室內(nèi)的一旋轉(zhuǎn)平臺 與一固定平臺，反應室包括一進氣口與一出氣口，且所述固定平臺設置于靠 近進氣口一邊，所述旋轉(zhuǎn)平臺設置于靠近出氣口一邊；提供一生長基底以及 一接收基底，并在該生長基底表面沉積一單分散性催化劑層；將所述生長基 底放置于該固定平臺上，將所述接收基底放置于該旋轉(zhuǎn)平臺上；通入碳源氣， 沿著氣流的方向生長超長碳納米管；停止通入碳源氣，超長碳納米管平行且 間隔的形成在接收基底表面；更換生長基底，并多次重復上述生長超長碳納 米管的步驟，在接收基底上形成至少一碳納米管薄膜；將所述至少一碳納米 管薄膜從接收基底上取下，從而得到一碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本技術(shù)方案提供的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)及其制備方法具 有以下優(yōu)點：第一，該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中包括多個平行于碳納米管薄膜表 面且有序排列的超長碳納米管，所以可以有效應用碳納米管的優(yōu)良特性，如： 導電性與導熱性。第二，采用該方法制備碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，生長基底與接 收基底分開，制備的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)中不含任何催化劑，為一純碳納米管 薄膜結(jié)構(gòu)。第三，該碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)具有自支撐性，可以從基底上取下。 第四，通過更換生長基底可以實現(xiàn)多次生長，工藝簡單，易于實現(xiàn)。第五， 可以選用不同的接收基底接收碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)，擴大了其應用范圍。

附圖說明

圖1為本技術(shù)方案實施例的碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。