[發明專利]一種碳納米管薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 202210061263.8
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114538416B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 李彥;賈國棟
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C01B32/162
• 分類號: C01B32/162;C01B32/159
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 范國鋒

本發明提供了一種碳納米管薄膜的制備方法，使碳源氣體在二氧化碳作用下，催化反應，經沉積得到碳納米管薄膜，高效綠色制備。二氧化碳能夠為碳納米管提供碳源的同時，具有溫和性氧化性，適度活化催化劑，還起到促進劑的作用，提高碳源轉化率，使得到碳納米管薄膜的綜合性能得到有效提高。

技術領域

本發明屬于碳材料技術領域，具體涉及一種碳納米管薄膜的制備方法。

背景技術

碳納米管是一種典型的一維納米材料，其具有獨特的結構和高比表面積，能夠實現良好的導電性、導熱性、機械性能、磁學性能和儲能性能，有望廣泛應用于在眾多領域中。而碳納米管薄膜是碳納米管在二維平面內形成的具有隨機網絡結構的薄膜，具有豐富的孔隙，極高的導電導熱性能，抗彎折，耐拉伸。在透明導體電極、能源存儲、芯片界面散熱、電磁屏蔽等諸多領域具有重要的應用前景。透明導體廣泛應用于顯示屏幕，太陽能電池極板和傳感器件中，碳納米管薄膜作為柔性透明電極材料具有較強的競爭優勢。

目前，碳納米管薄膜的主要制備方法有溶液法和化學氣相沉積法。其中，化學氣相沉積法以其具有設備簡單、成本低、可放大、易連續化生產被廣泛研究和應用。

浮動催化化學氣相沉積法(FCCVD)是一種制備高質量、高性能的碳納米管薄膜的合成方法，由于控制精準，易于放大，因而具有重要的應用前景。然而目前的制備條件大多需要引入大量的氫氣或一氧化碳氣體，不夠綠色和安全，同時制備效率比較低，不利于大規模工業化應用。

目前在FCCVD合成體系中，如何碳納米管薄膜綠色高效合成，降低碳納米管薄膜的成本，提高性能，還需進一步開發碳納米管薄膜的合成制備方法。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種碳納米管薄膜的制備方法，采用浮動催化化學氣相沉積法(FCCVD)，在合成過程中引入二氧化碳同時作為補充碳源和溫和氧化劑，實現碳納米管薄膜的高效綠色制備。得到的碳納米管薄膜純度和導電性得到有效提高，并且通過控制合成工藝，能夠大幅提高碳納米管薄膜的石墨化程度、減少了無定形碳、缺陷和雜質，其綜合質量得到提升，從而完成本發明。

本發明第一方面的目的在于提供一種碳納米管薄膜的制備方法，所述方法中，碳源氣體在二氧化碳作用下，催化反應，經沉積得到碳納米管薄膜。

所述二氧化碳與碳源氣體的摩爾比為(0.2-15):1，優選為(0.3-10):1，更優選為(0.6-5):1。

本發明第二方面的目的在于提供一種通過第一方面所述的方法制得的碳納米管薄膜。

所述碳納米管薄膜中，碳納米管為單壁和/或多壁，優選為單壁和/或少壁，更優選為單壁。所述少壁碳納米管壁層數為2-6。

沉積時間為3-60min時，所述碳納米管薄膜的方阻為10-1000Ω/sq，優選為50-200Ω/sq，更優選為50-80Ω/sq

本發明中提供的所述碳納米管薄膜的制備方法具有以下有益效果：

(1)本發明中采用浮動催化化學氣相沉積法，引入在高溫條件下具有溫和氧化性的二氧化碳，促進碳源轉化，保持催化劑活性，同時還能夠起到補充碳源的作用，提高制備效率及產物產率。

(2)本發明的制備方法中，二氧化碳能夠氧化去除催化劑表面能夠導致其中毒的無定形碳，適度活化催化劑，還起到促進劑的作用，提高碳源轉化率，同時避免過度氧化以及氫物質對碳納米管合成的影響，得到碳納米管的純度、導熱、導電性和機械性能均有提高。

(3)本發明的制備方法制備過程簡單，容易實施和控制，無需特殊設備，安全性較高，有利于規模化推廣生產。能夠制備得到透明導電性優良的碳納米管薄膜，應用領域廣泛。

附圖說明

圖1示出本發明實施例1中在不同二氧化碳與甲烷的流量比條件下碳納米管薄膜相對產率變化圖；