[發(fā)明專利]一種柔性碳納米顆粒的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010610593.5
• 申請(qǐng)日: 2010-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102173407A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周軍;袁龍炎;代俊杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B31/02
• 分類號(hào): C01B31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳納米顆粒的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

柔性電子器件因具有高柔韌性、可彎折性和一致性等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。在柔性襯底上制作的器件可以在紙質(zhì)顯示器件，電子織物，分布式傳感器以及彎曲表面的大面積電路中得到應(yīng)用。市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)電泳顯示器以及彎曲塑料襯底上的液晶顯示器件。除了在柔性顯示方面的應(yīng)用之外，還可以利用柔性襯底上的場(chǎng)發(fā)射顯示制作可以卷起來(lái)的顯示器。

在場(chǎng)發(fā)射顯示的材料方面，低維納米結(jié)構(gòu)由于具有較細(xì)的尖端和較高的比表面積，是理想的場(chǎng)發(fā)射材料。制作在柔性聚合襯底上的碳納米管是不錯(cuò)的場(chǎng)發(fā)射材料，但是由聚合物襯底所引發(fā)的一系列問(wèn)題，如碳納米管與聚合物襯底之間的結(jié)合力較弱，聚合物的熱傳導(dǎo)率較小以及熱降解溫度較低等，都會(huì)阻礙其進(jìn)一步的發(fā)展。另外，由于碳納米管的制備一般需要采用化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)，并且在較高溫度下進(jìn)行，最后還要進(jìn)行提純以及轉(zhuǎn)移到聚合物襯底上，步驟繁瑣，周期較長(zhǎng)，亟需一種適合工業(yè)級(jí)生產(chǎn)的柔性場(chǎng)發(fā)射制備方案。

直接乙醇燃料電池具有比氫氣和天然氣等氣體燃料更高的能量密度，被視為移動(dòng)電子設(shè)備以及電動(dòng)汽車潛在的能量源。鉑在酸性和堿性介質(zhì)中對(duì)乙醇的電氧化都具有很高的催化活性。但是，鉑催化劑需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是其較高的費(fèi)用和有限的供給。一個(gè)能有效減少鉑金屬在直接乙醇燃料電池中用量的方法是采用高表面積的載體來(lái)承載鉑顆粒，進(jìn)而增大了鉑的電催化效率。碳納米管作為鉑顆粒承載體在乙醇電氧化中已經(jīng)得到一些應(yīng)用，但是，碳納米管因其制備工藝的復(fù)雜性，難以得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

由于工作在近紅外區(qū)域的光電材料在無(wú)線電通信，熱成像，遙感以及太陽(yáng)能電池方面具有很好的應(yīng)用前景，因此各種紅外敏感材料，如單壁的碳納米管和有機(jī)物成為近年來(lái)人們的研究熱點(diǎn)。雖然這些材料都展現(xiàn)出了較好的紅外響應(yīng)特性，但是單壁的碳納米管比較難合成和提純，各種有機(jī)物在空氣中都存在穩(wěn)定性的問(wèn)題，這些都會(huì)對(duì)它們的發(fā)展產(chǎn)生阻礙。

另外，各種電子器件暴露在空氣中都會(huì)受到灰塵和水蒸氣等的影響導(dǎo)致其性能惡化，如果采用超疏水的器件表面就可以大大降低這種影響。具有超疏水特性的材料，當(dāng)有水滴到材料表面上時(shí)，材料會(huì)像荷葉一樣將水滴托起，只需要有一定的傾斜度，水滴就會(huì)從材料表面滾落，同時(shí)帶走表面的灰塵等其它雜物，實(shí)現(xiàn)器件的自清潔，降低環(huán)境對(duì)器件性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上這些問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種柔性碳納米顆粒的制備方法，通過(guò)將襯底置于熱源上方一定時(shí)間，生長(zhǎng)出柔性的碳納米顆粒。使用本發(fā)明的方法制作的碳納米顆粒，可以制作柔性紅外探測(cè)器件，而且可以制作在需要自清潔的物體表面。本發(fā)明還公開(kāi)了柔性碳納米顆粒層在場(chǎng)致電子發(fā)射冷陰極、貴重金屬納米顆粒載體、紅外探測(cè)以及疏水材料的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的具體技術(shù)方案為：

一種碳納米顆粒的制備方法，具體為：將碳布、碳紙、石英玻璃、氧化鋁陶瓷片、硅片等襯底放置在燃燒的酒精燈火焰上方一定距離一段時(shí)間之后，就會(huì)在襯底上生長(zhǎng)出碳納米顆粒結(jié)構(gòu)。將在石英玻璃、氧化鋁陶瓷片或者硅片生長(zhǎng)的碳納米顆粒上面旋涂一層柔性有機(jī)聚合物如聚二甲基硅氧烷(PDMS)，在柔性有機(jī)聚合物層完全固化之后，將其從襯底上剝離，碳納米顆粒會(huì)被轉(zhuǎn)移到該柔性有機(jī)聚合物層上，得到柔性的碳納米顆粒層。

當(dāng)采用柔性的碳布作為襯底，可以不在生長(zhǎng)的碳納米顆粒上面旋涂聚柔性有機(jī)聚合物，直接即得到柔性襯底上的碳納米顆粒材料。

本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在：在碳布上生長(zhǎng)均勻的碳納米顆粒，其電阻率值低于5mΩ/cm²，熱導(dǎo)系數(shù)高達(dá)2.34W/m·K，并且具有良好的場(chǎng)致電子發(fā)射性能，其場(chǎng)發(fā)射閾值電場(chǎng)(電流密度達(dá)到10mA/cm²)低于2.80MV/m，并具有很好的發(fā)射電流穩(wěn)定性，說(shuō)明在碳布上制作的柔性碳納米顆粒是一種很好的場(chǎng)發(fā)射電子源。通過(guò)PDMS剝離的碳納米顆粒對(duì)紅外波段的光具有很強(qiáng)的吸收作用，可以應(yīng)用于柔性紅外探測(cè)器件；而且由于其表面具有超疏水的特性，使得這種材料可以制作在需要自清潔的物體表面。

附圖說(shuō)明

圖1所示為在碳布上生長(zhǎng)的碳納米顆粒的SEM圖片。

圖2所示為火焰法生長(zhǎng)的碳納米顆粒的低分辨TEM圖片。

圖3所示為火焰法生長(zhǎng)的碳納米顆粒的高分辨TEM圖片。

圖4所示為碳納米顆粒的Raman譜圖。

圖5所示為碳布上生長(zhǎng)的碳納米顆粒的場(chǎng)發(fā)射電流電壓曲線。插圖為對(duì)應(yīng)的FN曲線。

圖6所示為表面負(fù)載金屬鉑顆粒之后的碳納米顆粒的(a)低分辨和(b)高分辨TEM圖片。