[發明專利]一種在高分子膜表面制備定向碳納米管的方法

有效

• 申請號: 201310667316.1
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103723700A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 張林;趙海洋;周志軍;侯立安
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及納米材料制備領域，具體涉及一種在高分子膜表面制備定向碳納米管的方法。

背景技術

碳納米管是一種由單層或多層石墨烯繞同軸纏繞而成的的柱狀或層套狀的管狀物，它的中空結構是一個天然的分子通道，各種分子在管內的流速比通常的微孔流速快4～5個數量級，特別是水分子。除此之外，碳納米管在機械，光學，電學，傳熱等方面均有獨特的性能，表現出廣闊的應用前景。然而，碳納米管的一維結構特點決定了在利用碳納米管優良性能時，必須保證碳納米管的結構和空間規整性，這就要求碳納米管盡可能以延展狀態、定向排列的方式存在。

目前，碳納米管定向排列的方法已多有報道，主要分為前處理定向和后處理定向。其中，前處理定向主要通過預先設計好的催化劑、納米溝槽、外加電場和磁場等方法，在碳納米管的形成過程中就發生定向，從而制備得到定向的碳納米管。后處理定向主要通過將碳納米管分散在有機溶液或高分子溶液中，借助流體運行產生的剪切力，或在流體運行中施加電場和磁場，或直接通過納米操作等技術實現碳納米管的定向排列。另外，根據定向碳納米管相對于基底的位置，可以將定向碳納米管分為水平定向碳納米管和垂直定向碳納米管。已有文獻對之前的報道做過簡單綜述（Iakoubovskii,Konstantin，Central?European?Journal?of?Physics,2009,4,645-653）。

在碳納米管定向方面，目前比較常用的方法是從碳納米管合成起始通過合理地設計制備碳納米管陣列。公開號為CN1757595A的專利文獻公開了一種多壁碳納米管的自組裝方法，采用化學氣相沉積法，以二茂鐵為催化劑，碳氫化合物如環己烷、苯、二甲苯等為碳源，硅片為基板，通過進樣口添加水蒸氣、二氧化碳等氧化性組分，在硅基板表面上一步合成得到垂直且定向排列的具有微米尺度的碳管。

公開號為CN101338452B的專利文獻公開了一種高密度碳納米管陣列的制備方法，提供一碳納米管陣列形成于一基底，沿著平行于基底的方向，施加壓力擠壓上述碳納米管陣列，從而得到高密度碳納米管陣列。

與以上專利不同，公開號為CN101353164B的專利文獻公開了另外一種高密度碳納米管陣列的制備方法，提供一形成于一基底的碳納米管陣列；提供一高彈性薄膜；均勻拉伸上述的高彈性薄膜后，附著在上述碳納米管陣列上，同時對該高彈性薄膜均勻地施加壓力；保持壓力并收縮高彈性薄膜，撤去壓力后，分離碳納米管陣列與高彈性薄膜，從而得到高密度碳納米管陣列。

上述專利文獻都屬于前處理定向碳納米管的方法。對于已有的碳納米管進行后處理獲得定向碳納米管的方法也多有報道。公開號為CN101254895A的專利文獻公開了一種碳納米管的定向排列方法及制備裝置，方法步驟為：將聚合物和碳納米管混合物注入到缸體內，用活塞壓縮使之通過層流場、磁場，或者用活塞壓縮使之通過層流場、電場，使碳納米管在聚合物中進行定向排列。

公開號為CN1519196A的專利文獻公開了一種在軟基底上制造定向碳納米管膜方法，先在硬基底上生長多層定向碳納米管膜，然后在細金相砂紙上研磨平碳納米管膜，在需要生成碳納米管膜的軟基底上涂覆一層膠粘劑，將軟此基底粘在研磨好的碳納米管膜的表面，再從碳納米管膜上揭下軟基底，即可形成軟基底定向碳納米管膜。

除此之外，公開號為CN103303898A的專利文獻公開了一種水平定向碳納米管陣列及其制備方法，制備方法包括：向由碳納米管組成的集合體施加一拉伸力，在所述拉伸力的拉伸作用下，在所述集合體的表面的至少部分區域中形成定向排列的碳納米管陣列；將所述集合體置于一基底上，使所述定向排列的碳納米管陣列與所述基底直接接觸，朝著所述基底向所述集合體施加一壓力，使得所述定向排列的碳納米管陣列中的至少一部分附著在所述基底上；從所述基底上移除所述集合體，從而在所述基底上得到水平定向單層碳納米管陣列。

盡管目前已有多種方法可實現碳納米管的定向，但每種定向方法各有利弊。如，利用氣相沉積法制備碳納米管陣列需要比較硬的基底，制備的碳納米管難以直接使用，往往需要再轉移；磁場和電場定向法往往需要先進的設備，制備成本過高等。因此，開發簡單易操作的碳納米管定向方法對于提高碳納米管的應用性具有重要作用。

發明內容

本發明提供了一種在高分子膜表面制備定向碳納米管的方法，制備方法簡單易行，易于實際制備生產；制備得到的碳納米管的密度和分布可控，且可以實現碳納米管在柔軟的高分子膜表面的定向，有利于定向碳納米管的進一步應用。

本發明公開了一種在高分子膜表面制備定向碳納米管的方法，包括如下步驟：