[發明專利]一種制備碳納米管薄膜的方法

有效

• 申請號: 201310710942.4
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103771388A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 陳繼民;蘇全雙
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82Y40/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種在材料表面制備有碳納米管薄膜的方法?

背景技術

隨著科學技術的發展，納米材料正在逐步被應用。但是走進人們的日常生活還有許多難關要克服。其中最重要的一項就是納米材料在制備后的穩定性問題。碳納米管薄膜由碳納米管沉積而成，具有碳納米管的諸多物理特性，主要應用于吸波涂層中。但是由于碳納米管間是由范德華力連接，所以導致碳納米管的宏觀體薄膜物理連接強度不足，遇到一定外力就會損壞。?

傳統微納連接，尤其是納米級別的連接，需要昂貴的定位設備與觀測設備，對每個連接點逐一連接，而每平方厘米的碳納米管薄膜的連接點就要數以億計，靠人工定位連接幾乎是不可能的任務。且成本極高，效率低下，只適合科研院所研究使用，而不適合企業的大規模生產。?

發明內容

針對以上內容，有必要尋找一種定位簡單，連接效率高的制作方法在不破壞碳納米管本身結構的前提下連接碳納米管，獲得碳納米管間連接的碳納米管薄膜。?

本發明可以制作的碳納米管薄膜，成本低、效率高、連接效果好。?

本發明中，制備碳納米管薄膜所使用的裝置包括計算機、激光器、計算機與激光器連接的數據線、激光運動控制系統、工作臺等運動控制系統、放置樣品的密封盒、保護氣供氣系統、保護氣為氮氣，材料為多壁碳納米管。?

其步驟包括：?

利用光纖激光制備碳納米管薄膜，其特征在于，包括如下步驟：?

(1)制備碳納米管分散液，配置濃度0.1mg-0.4mg/ml；?

(2)將多壁碳納米管分散液制備成多壁碳納米管薄膜；?

(3)利用計算機設計光纖激光掃描路徑；?

(4)利用紅外激光器配合加工平臺，按照生成的路徑模型在制備好的多壁碳納米管薄膜表面掃描制備；功率密度在10w/cm²-60w/cm²，掃描速度在1mm/s-3mm/s之間。?

(5)掃描完畢后將樣品靜置至室溫，碳納米管間的連接處形成由共價鍵組成的新的石墨片層。高強度碳納米管薄膜制備完成。?

所述碳納米管分散液指的是用triton?x-100有機溶劑將碳納米管分散。配置濃度0.1-0.4mg/ml。?

所述掃描路徑是指激光光斑可以均勻的掃過全部碳納米管薄膜的路徑。掃描速度為1mm/s-3mm/s。?

所述離焦至適當距離是指調整激光光斑大小，如果聚焦，一方面功率過高會把樣品打壞，另一方面由于聚焦點過小，掃描路徑會相應增多，使得效率降低。所以需要根據制備碳納米管薄膜面積大小調整合適光斑面積，也就是離焦量大小。一般來說光斑直徑控制5mm-10mm為宜。?

所述保護氣即為可以隔絕碳納米管與氧氣接觸且在高溫下不易與碳發生化學反應的物質。所以氮氣最為合適?

所述激光器是紅外激光器。激光器功率可調，平均功率10w-50w。?

所述的加工平臺是指一個能在豎直方向進行精確移動的平臺，用來在豎直方向定位待加工材料。?

所述將樣品靜置至室溫指的是，按照以上步驟操作完成后，樣品溫度很高，此時如果直接將樣品取出，一方面由于環境溫度與樣品間巨大的溫度梯度導致基材破壞。另一方面樣品會與空氣中的氧氣反應，使得碳納米管破壞。?

本發明的工作原理是：根據碳納米管類型與基底類型，選擇碳納米管吸收率高而基底吸收率低的激光波長，一般波長為900-1600nm為宜。對于玻璃做基底而言，最佳激光功率為10w-50w。光斑直徑為5mm-10mm。碳納米管薄膜厚度通過制備時來控制。通過控制平臺和激光器，按照預先設定的路徑對樣品進行掃描。掃描速度為1mm/s-3mm/s，掃描速度不宜過慢或過快，過慢會導致碳納米管破壞、過快會使得連接強度下降甚至無連接。?

本發明特點：?

1、利用激光制備碳納米管薄膜，屬于非接觸加工。效率高。?

2、保護氣體為氮氣，污染小。?

3、本發明使用的是近紅外光纖激光器。?

4、連接由碳納米管間碳原子自發形成共價鍵，連接強度高。?

附圖說明

圖1本發明所使用的玻璃過濾結構制作系統的結構示意圖?

圖中：1，紅外激光器，2，激光光束，3，密封箱，4，待加工的碳納米管薄膜，5，加工平臺。?

圖2掃描路線圖?

圖3制備的碳納米管薄膜的掃描電子顯微鏡圖像。?

圖4實施例1連接效果的放大圖像。?

圖5實施例2連接效果的放大圖像。?