[發明專利]納米管膜的制備方法

有效

• 申請號: 201410115673.1
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN104947073B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 馬赫;魏洋;姜開利;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: C23C16/44
• 分類號: C23C16/44;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種納米管膜，尤其涉及一種由納米管組成的納米管膜的制備方法。

背景技術

納米材料在基礎研究和實際應用，如催化、傳感等方面有著很大價值。所以，制備具有宏觀結構的納米材料成為研究的熱點。

目前，納米材料的制備方法包括自發生長法(spontaneous growth)、模板合成法(template-based synthesis)、平板印刷法(lithography)等。然而，上述方法制備的納米材料通常成粉末狀而無法形成一自支撐結構，即該納米材料需一支撐結構的支撐來保持一特定形狀，如線狀或膜狀。因此，限制了納米材料的應用范圍。

現有技術提供一種碳納米管膜結構的制備方法，請參見范守善等人于2007年2月9日申請的，于2010年05月26日公告的第CN101239712B號中國公告專利申請“碳納米管膜結構及其制備方法”，申請人：清華大學，鴻富錦精密工業（深圳）有限公司該方法通過生長超順排的碳納米管陣列，并從該超順排的碳納米管陣列中拉伸獲得一碳納米管膜。該碳納米管膜，其由多個碳納米管沿著碳納米管的長度的方向首尾相連組成一個具有自支撐特性的膜。然而，該碳納米管膜中的碳納米管之間通過范德華力相互連接，定向排列形成一個自支撐結構。由于每一個碳納米管是封閉結構，上述碳納米管膜中在碳納米管排列方向上，碳納米管通過范德華力首尾相連，使得該碳納米管膜中存在大量的碳納米管之間的連接點，這些連接點僅存在范德華力，從而削弱了碳納米管膜的性能，限制了其應用范圍。

發明內容

有鑒于此，提供一種由有序排列的納米管組成的力學性能強的納米管膜的制備方法實為必要。

一種納米管膜的制備方法，包括以下步驟：

S1，提供一自支撐的碳納米管膜結構，該碳納米管膜結構包括多個碳納米管有序排列且通過范德華力相互連接；

S2，對上述碳納米管膜結構懸空設置并進行表面處理，在多個碳納米管的表面引入缺陷；

S3，以所述表面處理后的碳納米管膜結構為模板，采用原子層沉積法，在所述碳納米管膜結構中多個碳納米管的表面生長一層納米材料層；以及

S4，將生長有納米材料層的碳納米管膜結構進行退火處理，去除碳納米管膜結構，形成所述納米管膜，所述納米管膜包括多個納米管，所述多個納米管有序排列且相互連接形成一自支撐結構，部分相鄰的兩個納米管的連接處通過離子鍵結合。

所述碳納米管膜結構包括至少一碳納米管膜，該至少一碳納米管膜包括多個首尾相連定向排列的碳納米管，以及沿著該碳納米管排列方向延伸的縫隙。

所述納米管膜結構包括多個相互交叉重疊的碳納米管膜，相鄰的碳納米管膜交叉構成了多個微孔。

步驟S1中進一步包括使用有機溶劑處理所述碳納米管膜結構，從而形成具有更大尺寸的微孔或縫隙。

步驟S2中，對比碳納米管膜結構進行表面處理引入缺陷的方法為對碳納米管膜結構的表面進行氧化處理，使得碳納米管膜結構中的碳納米管的表面結構被破壞，形成大量懸掛鍵。

所述碳納米管膜結構的表面進行氧化通過氧等離子處理的方法進行。

步驟S2中，對比碳納米管膜結構進行表面處理引入缺陷的方法為在碳納米管膜結構表面進行積碳處理，使得碳納米管膜結構的碳納米管的表面形成一個非晶碳層。

所述納米管膜結構通過表面進行積碳處理的方法包括物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、噴涂法等中的一種或多種。

所述步驟S3包括：

S31，將所述碳納米管膜結構的四周固定在一金屬框上，使所述碳納米管膜結構懸空設置，然后放入原子層沉積系統的真空腔室中；以及

S32，通過載氣向原子層沉積系統的真空腔室中多次交替通入金屬有機化合物和水，在所述碳納米管膜結構的表面來生長金屬氧化物納米材料層。

所述金屬有機化合物為三甲基鋁。

步驟S4在有氧的環境中進行，退火溫度在500攝氏度至1000攝氏度范圍內。

在所述碳納米管膜結構中多個碳納米管的表面生長一層納米材料層的過程中，碳納米管膜結構懸空設置。

在將生長有納米材料層的碳納米管膜結構進行退火處理的過程中，所述生長有納米材料層的碳納米管膜結構懸空設置。

相較于現有技術，由于本發明提供的納米管膜的制備方法獲得的納米管膜中多個納米管有序排列且相互連接形成一自支撐結構，部分相鄰的兩個納米管的連接處通過離子鍵結合，能夠充分發揮納米管的力學、電學、熱學等各方面性能，從而擴展了納米管膜的應用。

附圖說明