[發(fā)明專利]一種在片狀材料表面制備小直徑碳納米管陣列的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910092930.3
• 申請(qǐng)日: 2009-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN101665249A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏飛;張強(qiáng);趙夢(mèng)強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳納米管陣列制備的方法，特別涉及在片狀材料表面制備小直徑碳納米管陣列的方法，屬于新型材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳納米管(CNT)的一維管狀結(jié)構(gòu)帶來了優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)性質(zhì)。其優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用引起了各國學(xué)者和工程師的高度重視。碳納米管之間纏繞形成一定的聚團(tuán)結(jié)構(gòu)。如果碳納米管相互無序纏繞，則形成碳納米管聚團(tuán)；如果碳納米管有序排列，則形成碳納米管陣列(魏飛等，新型炭材料，2007，22(3)：271-282)。目前碳納米管已經(jīng)在復(fù)合材料、鋰離子電池、超級(jí)電容器、體育器材、抗靜電材料、吸波材料等領(lǐng)域取得了實(shí)際的應(yīng)用，并將在納米電子器件、多相催化、能量轉(zhuǎn)換、環(huán)境保護(hù)、高性能復(fù)合材料等領(lǐng)域拓展?jié)撛趹?yīng)用。

隨著應(yīng)用研究開發(fā)的深入，碳納米管的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)是一個(gè)關(guān)鍵因素。對(duì)于相互纏繞的碳納米管聚團(tuán)，由于碳納米管相互無序纏繞，其分散性能有限，難以發(fā)揮出碳納米管材料的優(yōu)異性能。但是如果將碳納米管做成有取向的陣列結(jié)構(gòu)，就會(huì)帶來很多新奇的應(yīng)用。例如原生的陣列可以直接作為場(chǎng)發(fā)射器件，各向異性導(dǎo)電材料、納米刷、傳感器、超級(jí)彈簧等諸多功能材料(Cao?A?Y，et?al.Science，2005，310(5752)：1307-1310；Cao?A?Y，et?al.Nature?Materials，2005，4(7)：540-545)；部分超順排陣列可以抽絲、抽膜，獲得性能極為優(yōu)異的CNT纖維或薄膜，制成偏光片、揚(yáng)聲器、場(chǎng)發(fā)射器件、超強(qiáng)纖維、燈絲、發(fā)熱體等(Jiang?K?L，et?al.Nature，2002，419(6909)：801；Zhang?M，et?al.Science，2005，309(5738)：1215-1219；Zhang?X?F?et?al.Small，2007，3(2)：244-248；Li?QW，et?al.Advanced?Materials?2006；18(23)：3160-3165.姜開利等，專利公開號(hào)：CN1483667；魏飛等，專利公開號(hào)：CN1884058-A；WO2008000163-A1；CN101483123-A；CN101464759-A；CN101459019-A)；即使破壞陣列中的CNTs排列，將其單分散后應(yīng)用于導(dǎo)電、導(dǎo)熱、增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域，仍然具有比團(tuán)聚的CNTs具有更低的滲流閾值，體現(xiàn)出更為優(yōu)異的性能(Moisala?A，et?al.Composite?Science?and?Technology，2006，66(10)：1285-1288.魏飛等，專利公開號(hào)：CN1884058)。

值得注意的是不同直徑的碳納米管性能存在較大差異。隨著碳納米管直徑變小，碳納米管的比表面積變大，強(qiáng)度變高，缺陷密度降低，長徑比變大(相同長度)，所以當(dāng)其作為復(fù)合材料填料時(shí)，小直徑碳納米管能夠體現(xiàn)更為優(yōu)異的性能(在相同添加量下，小直徑碳納米管填入的復(fù)合材料性能更好)；如果制備場(chǎng)發(fā)射器件，小直徑碳納米管容易獲得更細(xì)的尖端，從而提高場(chǎng)發(fā)射器件的性能。