[發(fā)明專利]一種高導(dǎo)電順排碳納米管紡絲連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備及制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811042095.8
• 申請(qǐng)日: 2018-09-07
• 公開（公告）號(hào): CN109295424B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁建寧;袁寧一
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常州大學(xué);江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/30
• 分類號(hào): C23C14/30;C23C14/18;C23C16/26;C23C16/54;D01F9/12;B82Y40/00
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1.一種順排碳納米管紡絲連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，包括依次排列的進(jìn)樣系統(tǒng)、金屬催化膜制備系統(tǒng)、碳納米管生長(zhǎng)系統(tǒng)以及拉膜鍍膜紡絲卷繞系統(tǒng)，金屬催化膜制備系統(tǒng)與碳納米管生長(zhǎng)系統(tǒng)之間設(shè)有納米結(jié)構(gòu)過(guò)渡系統(tǒng)，碳納米管生長(zhǎng)系統(tǒng)與拉膜鍍膜紡絲卷繞系統(tǒng)之間設(shè)有轉(zhuǎn)移過(guò)渡系統(tǒng)，其特征是：

所述進(jìn)樣系統(tǒng)：包括真空腔體，真空腔體內(nèi)設(shè)有兩邊帶卡槽用于夾持硅片的樣品托，樣品托上方設(shè)有可將夾持有硅片的樣品托向后續(xù)系統(tǒng)傳遞的第一機(jī)械手；

所述金屬催化膜制備系統(tǒng)：包括真空腔室，真空腔室內(nèi)設(shè)有放置硅片的基片架，位于基片架下方設(shè)有電子束蒸發(fā)源，基片架上方設(shè)有基片加熱器；

所述碳納米管生長(zhǎng)系統(tǒng)：包括真空的生長(zhǎng)腔體和設(shè)在生長(zhǎng)腔體內(nèi)的基片架，基片架上方設(shè)有雙層氣孔勻氣裝置，基片架下方設(shè)有加熱裝置，生長(zhǎng)腔體頂部連接有通入四路氣體加以混合的混氣腔；

所述拉膜鍍膜紡絲卷繞系統(tǒng)：包括真空腔，真空腔內(nèi)設(shè)有基片架、紡絲裝置和收卷裝置，基片架上方設(shè)有納米顆粒沉積系統(tǒng)，基片架出料端處設(shè)有從硅片上碳納米管陣列拉出碳膜的刀片機(jī)械手，刀片機(jī)械手與紡絲裝置之間設(shè)有導(dǎo)向碳膜移動(dòng)的羅拉滾輪，紡絲裝置加捻制出的紗線由收卷裝置旋轉(zhuǎn)收卷。

所述納米結(jié)構(gòu)過(guò)渡系統(tǒng)：包括真空過(guò)渡腔，真空過(guò)渡腔內(nèi)設(shè)有在真空腔室與生長(zhǎng)腔體之間傳遞樣品托的第二機(jī)械手；

所述轉(zhuǎn)移過(guò)渡系統(tǒng)：包括真空過(guò)渡室，真空過(guò)渡室內(nèi)設(shè)有在生長(zhǎng)腔體與真空腔之間傳遞樣品托的第三機(jī)械手。

2.如權(quán)利要求1所述的順排碳納米管紡絲連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，其特征是：所述的真空腔體、真空過(guò)渡腔、生長(zhǎng)腔體以及真空過(guò)渡室底部均連接有抽取真空的機(jī)械泵；真空腔室和真空腔底部均連接有實(shí)現(xiàn)真空腔室和真空腔內(nèi)部高真空或低真空的真空系統(tǒng)。

3.如權(quán)利要求1所述的順排碳納米管紡絲連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，其特征是：所述的真空腔體、真空腔室、真空過(guò)渡腔、生長(zhǎng)腔體和真空過(guò)渡室兩側(cè)分別通過(guò)可控制啟閉的過(guò)渡艙門接通。

4.如權(quán)利要求1所述的順排碳納米管紡絲連續(xù)生產(chǎn)設(shè)裝備，其特征是：所述的真空腔體內(nèi)設(shè)有放置樣品托的多層架，多層架內(nèi)設(shè)有上下升降樣品托的升降裝置。

5.如權(quán)利要求1所述的順排碳納米管紡絲連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，其特征是：所述的電子束蒸發(fā)源與基片架之間設(shè)有防止雜質(zhì)沉積于硅片表面的擋板，真空腔室四周纏繞有冷卻真空腔室壁的冷凝水管。

6.如權(quán)利要求1所述的順排碳納米管紡絲連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，其特征是：所述的混氣腔上連接有通入四種氣體的四路進(jìn)氣系統(tǒng)，

7.一種使用如權(quán)利要求1所述連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行順排碳納米管紡絲生產(chǎn)的制造方法，具有如下步驟：

a、將硅片從進(jìn)樣系統(tǒng)的真空腔體傳遞進(jìn)金屬催化膜制備系統(tǒng)的真空腔室內(nèi)；

b、沉積金屬催化膜：利用電子束蒸發(fā)源將Fe或Ni材料蒸發(fā)到沉積有1微米厚度的氧化硅的硅片上，F(xiàn)e或者Ni的厚度在5～10nm，沉積過(guò)程中開啟基片加熱器；

c、將沉積有金屬催化膜的硅片，傳遞到納米結(jié)構(gòu)過(guò)渡系統(tǒng)，在硅片上形成納米顆粒；

d、碳納米管陣列生長(zhǎng)；打開加熱裝置，將基片架溫度升高到700～80℃，混氣腔內(nèi)的四路混合氣體進(jìn)入雙層氣孔勻氣裝置，到達(dá)基片架上的硅片樣品，利用氣流方向和溫度梯度方向垂直于硅片而促進(jìn)碳納米管的垂直生長(zhǎng)；

e、將碳納米管陣列傳遞到轉(zhuǎn)移過(guò)渡系統(tǒng)的真空過(guò)渡室內(nèi)；

f、拉膜、納米顆粒沉積、紡絲、卷繞；刀片機(jī)械手水平移動(dòng)到碳納米管陣列邊緣處沿著垂直方向壓在碳納米管上，拉出碳絲，然后納米顆粒沉積系統(tǒng)開始蒸發(fā)金屬納米顆粒或者氧化物納米顆粒沉積到碳納米管膜上，碳納米管膜一邊移動(dòng)，納米顆粒一邊被蒸發(fā)上去，紡絲裝置的旋轉(zhuǎn)電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，碳納米管跟隨進(jìn)行加捻紡絲，一邊紡絲一邊由收卷裝置旋轉(zhuǎn)收卷。