專利名稱：制備碳納米管膜的方法及制備該碳納米管膜的拉伸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備碳納米管膜的方法及制備該碳納米管膜的拉伸裝置。
背景技術(shù)：
碳納米管具有特殊的性質(zhì)，如高抗張強(qiáng)度和高熱穩(wěn)定性；隨著碳納米管螺旋方式 的變化，碳納米管可呈現(xiàn)出金屬性或半導(dǎo)體性等。由于碳納米管具有理想的一維結(jié)構(gòu)以及 在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等領(lǐng)域優(yōu)良的性質(zhì)，其在材料科學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等交叉學(xué)科領(lǐng)域已展現(xiàn) 出廣闊的應(yīng)用前景，在科學(xué)研究以及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上也受到越來越多的關(guān)注。雖然碳納米管性能優(yōu)異，具有廣泛的應(yīng)用，但是一般情況下制備得到的碳納米管 為分散的顆粒狀或粉末狀，這對(duì)人們的應(yīng)用造成了很多不便。碳納米管膜是碳納米管實(shí)際 應(yīng)用的一種重要形式。具體地，碳納米管膜已被研究用作場(chǎng)發(fā)射源、光電和生物傳感器、透 明導(dǎo)電體、電池電極、吸波材料、水凈化材料、發(fā)光材料等。這些應(yīng)用研究的基礎(chǔ)，是碳納米 管膜的制備技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)中，碳納米管膜的制備除可通過直接生長(zhǎng)法獲得以外，還包括用 碳納米管粉末制備碳納米管膜的方法，例如噴涂法，LB法等。直接生長(zhǎng)法一般通過控制反 應(yīng)條件，如以硫磺作為添加劑或設(shè)置多層催化劑等，通過化學(xué)氣相沉積法直接生長(zhǎng)得到碳 納米管膜。噴涂法一般通過將碳納米管粉末分散于水性溶液，并將該水性溶液涂覆于一基 材表面，經(jīng)干燥后形成碳納米管膜。LB法一般通過將一碳納米管溶液混入另一具有不同密 度之溶液(如有機(jī)溶劑)中，利用分子自組裝運(yùn)動(dòng)，碳納米管浮出溶液表面形成碳納米管膜 結(jié)構(gòu)。然而，上述通過直接生長(zhǎng)法生長(zhǎng)的碳納米管膜形成于生長(zhǎng)基底表面，難于脫離生 長(zhǎng)基底獨(dú)立存在。上述通過噴涂法獲得的碳納米管膜中，碳納米管往往容易聚集成團(tuán)導(dǎo)致 薄膜厚度不均。上述通過LB法制備得到的碳納米管膜一般為均勻網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳納米管分散 均勻，不團(tuán)聚。但是，上述三種方法制備的碳納米管膜中，碳納米管為無序排列，不利于充分 發(fā)揮碳納米管沿軸向具有的各種優(yōu)異性能，其應(yīng)用仍然受到限制。另外，上述幾種制備碳納 米管膜的方法，均處于實(shí)驗(yàn)室階段，試驗(yàn)條件要求較高，操作復(fù)雜，且無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。范守善等人于2008年8月13日公開的第CN101239712A號(hào)中國(guó)公開專利申請(qǐng)揭 露了一種制備碳納米管膜的方法，利用該方法制備的碳納米管膜中，碳納米管均勻分布且 有序排列，所述碳納米管形成多個(gè)首尾相連且定向排列的碳納米管片段。而且，所述碳納米 管膜的制備方法簡(jiǎn)單，采用一拉伸工具從碳納米管陣列中獲取一定寬度的多個(gè)碳納米管， 然后再往遠(yuǎn)離所述碳納米管陣列的方向移動(dòng)即可將碳納米管從陣列中連續(xù)拉出，從而獲得 碳納米管膜。因此，所述碳納米管膜的制備方法適用于大批量生產(chǎn)碳納米管膜。然而，在上述方法僅揭示采用一膠帶作為拉伸工具接觸碳納米管陣列，難于控制 該拉伸工具與碳納米管陣列的接觸面積，容易造成膠帶與碳納米管陣列的接觸面積較小， 使得所述拉伸工具在拉膜的過程中，很容易和碳納米管膜脫離，不利于連續(xù)制備碳納米管 膜。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種制備碳納米管膜的方法及制備該碳納米管的拉伸裝 置，該方法利于連續(xù)制備碳納米管膜，該拉伸裝置能夠增加與所述碳納米管陣列接觸面積。一種制備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟提供 一形成于一基底上的碳納米 管陣列，該碳納米管陣列包括多個(gè)碳納米管基本垂直于所述基底表面；提供一拉伸裝置，該 拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設(shè)置有黏膠；將該拉伸裝置靠近所述基底，并使所述接 觸面相對(duì)于碳納米管陣列中的碳納米管傾斜，使所述黏膠與碳納米管陣列中的多個(gè)碳納米 管接觸；沿遠(yuǎn)離所述碳納米管陣列的方向移動(dòng)所述拉伸裝置，使碳納米管首尾相連地從碳 納米陣列中連續(xù)地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。一種制備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟提供一形成于一基底上的碳納米 管陣列，該碳納米管陣列包括多個(gè)碳納米管基本垂直于所述基底表面；提供一拉伸裝置，該 拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設(shè)置有黏膠；將該拉伸裝置靠近所述基底，并使所述接 觸面上的所述黏膠與碳納米管陣列中的多個(gè)碳納米管接觸，并使該多個(gè)碳納米管相對(duì)于基 底表面傾斜；沿遠(yuǎn)離所述碳納米管陣列的方向移動(dòng)所述拉伸裝置，使碳納米管首尾相連地 從碳納米陣列中連續(xù)地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。一種拉伸裝置，其用于從形成于一基底的一碳納米管陣列中拉出碳納米管膜。該 碳納米管陣列包括多個(gè)基本垂直于所述基底表面的碳納米管。所述拉伸裝置具有一接觸 面，該接觸面用于與碳納米管陣列接觸并向碳納米管陣列傾斜，該接觸面上設(shè)置有黏附所 述碳納米管的一黏膠。一種拉伸裝置，其用于從形成于一基底的一碳納米管陣列中拉取碳納米管膜。該 碳納米管陣列包括多個(gè)基本垂直于所述基底表面的碳納米管。所述拉伸裝置具有一接觸 面，該接觸面用于與碳納米管陣列接觸，并向碳納米管陣列傾斜，該接觸面對(duì)所述碳納米管 具有粘性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的制備碳納米管膜的方法，其拉伸裝置在拉伸所述 碳納米管膜時(shí)，該拉伸裝置的接觸面相對(duì)于碳納米管陣列中的碳納米管傾斜，使靠近該碳 納米管陣列外側(cè)的多排碳納米管傾斜并黏附在所述黏膠上。從而能夠增大所述拉伸裝置與 該碳納米管陣列的接觸面積，利于連續(xù)制備碳納米管膜。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的拉伸裝置的結(jié)構(gòu)示意2是圖1中的拉伸裝置靠近碳納米管陣列時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1中的拉伸裝置接觸碳納米管陣列時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例所提供的拉伸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4中的拉伸裝置接觸碳納米管陣列時(shí)的結(jié)構(gòu)示意6是本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的制備碳納米管膜的方法的流程示意圖。圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例所提供的制備碳納米管膜的方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例提供的制備碳納米管膜的方法及制備該碳納米管膜的拉伸裝置。請(qǐng)參閱圖1至圖3，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種拉伸裝置100，所述拉伸裝置100 用于從形成于一基底210的一碳納米管陣列200中獲取碳納米管膜。該碳納米管陣列200 包括多個(gè)基本垂直于所述基底210表面的碳納米管220，且該多個(gè)垂直于基底210表面的碳 納米管220以陣列方式排列。所述拉伸裝置100包括一本體110及一黏膠120。該本體110包括靠近所述碳納 米管陣列200的一接觸面111、與所述接觸面111相連的一底面112、與所述底面112相對(duì) 的一頂面113及位于所述底面112與頂面113之間的三個(gè)側(cè)面114，所述接觸面111具有靠 近所述基底210的一交界線115，所述交界線115在拉膜時(shí)為碳納米管膜與接觸面111的 相交線。所述頂面113與側(cè)面114的形狀不限，所述底面112為一平面，其平行于所述基底 210。所述接觸面111用于與所述碳納米管陣列200接觸，其形狀不限，且其遠(yuǎn)離底面112 的一端至底面112的高度大于碳納米管陣列200的高度，優(yōu)選地，所述接觸面111為一平面 或一柱面，當(dāng)該接觸面111為平面時(shí)，其與底面112的夾角a大于90度小于180度。在本 實(shí)施例中，所述本體110為一倒立的梯臺(tái)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于加工。所述接觸面111即為該梯 臺(tái)靠近所述碳納米管陣列200的側(cè)面。所述交界線115為一直線，平行于所述基底210，從 而保證該拉伸裝置100與所述碳納米管陣列200接觸時(shí)，具有一齊整的拉伸界面。所述黏膠120設(shè)置在所述接觸面111上，用于黏附所述碳納米管陣列200中的多 個(gè)碳納米管220。該黏膠120可以通過在所述接觸面111上涂覆膠水等粘結(jié)劑或貼設(shè)膠布 而形成，也可以通過設(shè)置其他對(duì)碳納米管220具有黏附性的物質(zhì)而形成?？梢岳斫猓诒緦?shí) 施例中，還可以在所述梯臺(tái)與所述接觸面111相對(duì)的側(cè)面上也設(shè)置所述黏膠120，從而使該 拉伸裝置100可以使用兩次。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，雖然定義本體110中接觸面111及交界線115與所述 碳納米管陣列200接觸，但實(shí)際上接觸該碳納米管陣列200的為設(shè)置在所述接觸面111及 交界線115的黏膠120。然，所述黏膠120厚度較薄且依附于該接觸面111存在，因此，為方 便理解，將所述接觸面111定義為本體110上，而非黏膠。該接觸面111及黏膠120也可以 理解為帶有粘性的接觸面111。所述拉伸裝置100在使用時(shí)，移動(dòng)所述本體110，使該底面112與基底210平行， 且使所述接觸面111接觸所述碳納米管陣列200，從而使所述黏膠120黏附多個(gè)碳納米管 220。沿垂直于所述交界線115的方向移動(dòng)該本體110，即可獲取所述碳納米管膜?？梢岳斫猓鼋佑|面111不僅黏附有該碳納米管陣列200最外側(cè)一排碳納米管 220，還黏附有被所述接觸面111壓擠而傾斜的多排碳納米管220，使所述接觸面111與所述 碳納米管陣列200的接觸面積增大，使得所述拉伸工具100在拉膜的過程中，難以與碳納米 管膜脫離。且所述交界線115為一直線，能夠使該碳納米管膜被拉伸時(shí)受力均勻。使該拉 伸裝置100從碳納米管陣列200拉取碳納米管膜更均勻。請(qǐng)參閱圖4及圖5，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種拉伸裝置300，其用于從一形成于 一基底410的碳納米管陣列400中獲取碳納米管膜。該碳納米管陣列400包括多個(gè)基本垂 直于所述基底410表面的碳納米管420，且該多個(gè)垂直于基底410表面的碳納米管420以陣 列方式排列。所述拉伸裝置300包括一本體310及一黏膠320。所述本體310包括一接觸面311，該接觸面311具有靠近基底410的交界線312，該交界線312平行于所述基底410。所 述黏膠320設(shè)置在所述接觸面311上。本發(fā)明實(shí)施例的拉伸裝置300與第一實(shí)施例中的拉伸裝置200的結(jié)構(gòu)與工作原理 基本相同，其主要區(qū)別在于，所述拉伸裝置300的本體310為一便于加工的圓柱體。所述接 觸面311為該圓柱體柱面的一部分，從而使所述黏膠320所能黏附到的碳納米管420數(shù)量 也比平面更多，所述交界線312為該圓柱體靠近基底410的側(cè)邊。在本實(shí)施例中，該拉伸裝 置400在使用時(shí)，該圓柱體的軸線與所述基底410平行，且該圓柱體的半徑大于該碳納米管 陣列200的高度。請(qǐng)參閱圖6，本發(fā)明第一實(shí)施例提供的一種制備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟。
步驟S101，提供一形成于一基底上的碳納米管陣列，該碳納米管陣列包括多個(gè)碳 納米管基本垂直于所述基底表面。步驟S102，提供一拉伸裝置，該拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設(shè)置有黏膠。 在本實(shí)施例中，所述拉伸裝置進(jìn)一步包括一底面，該底面與接觸面相連的邊為直線。通過 外部定位的方式使所述底面與基底具有一間隙，即所述底面在工作時(shí)始終不與所述基底接 觸，防止獲取到的碳納米管膜與基底接觸并黏附在基底上。當(dāng)然，所述拉伸裝置也可以為一 圓柱體，此時(shí)，所述接觸面為圓柱體柱面的一部分。步驟S103，將該拉伸裝置靠近所述基底，并使所述接觸面相對(duì)于碳納米管陣列中 的碳納米管傾斜，使所述黏膠與碳納米管陣列中的多個(gè)碳納米管接觸。在本實(shí)施例中，所述 拉伸裝置的底面平行靠近基底表面，且所述底面與基底之間始終具有一間隙，以防止所述 接觸面上的黏膠接觸基底，而將所述基底上的其他物質(zhì)如催化劑黏附。使該接觸面與所述 碳納米管陣列中的多個(gè)碳納米管接觸，可以理解，處于所述底面與基底之間的碳納米管將 被所述底面壓倒傾斜，從而與即將拉伸出來的碳納米管膜分離。當(dāng)所述拉伸裝置為一圓柱 體時(shí)，將所述圓柱體平行地靠近基底表面，使該圓柱體上的接觸面與碳納米管陣列中的多 個(gè)碳納米管接觸。步驟S104，沿遠(yuǎn)離所述碳納米管陣列的方向移動(dòng)所述拉伸裝置，使碳納米管首尾 相連地從碳納米陣列中連續(xù)地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。所述拉伸裝置的移動(dòng)方向 與所述基底表面的夾角不大于50度，其移動(dòng)速度在0. 001米每秒到0. 1米每秒之間，其拉 伸所述碳納米管膜的力小于1牛頓，以保證所述碳納米管膜的均勻性。請(qǐng)參閱圖7，本發(fā)明第二實(shí)施例提供的一種制備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟。步驟S201，提供一形成于一基底上的碳納米管陣列，該碳納米管陣列包括多個(gè)碳 納米管基本垂直于所述基底表面。步驟S202，提供一拉伸裝置，該拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設(shè)置有黏膠。步驟S203，將該拉伸裝置靠近所述基底，并使所述接觸面上的所述黏膠與碳納米 管陣列中的多個(gè)碳納米管接觸，并使該多個(gè)碳納米管相對(duì)于基底表面傾斜。在本實(shí)施例中， 將該拉伸裝置的接觸面靠近碳納米管陣列并與碳納米管陣列的多個(gè)碳納米管接觸時(shí)，使該 接觸面的頂部對(duì)應(yīng)該多個(gè)碳納米管的遠(yuǎn)離基底的一端，該接觸面的底部對(duì)應(yīng)該多個(gè)碳納米 管的靠近基底的一端，并且使該多個(gè)碳納米管的遠(yuǎn)離基底的一端相對(duì)于靠近基底的一端產(chǎn)生較大傾斜。步驟S204，沿遠(yuǎn)離所述碳納米管陣列的方向移動(dòng)所述拉伸裝置，使碳納米管首尾 相連地從碳納米陣列中連續(xù)地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。所述制備碳納米管膜的方法，其拉伸裝置在拉伸所述碳納米管膜時(shí)，該拉伸裝置 的接觸面相對(duì)于碳納米管陣列中的碳納米管傾斜，使靠近該碳納米管陣列外側(cè)的多排碳納 米管傾斜并黏附在所述黏膠上。從而能夠增大所述拉伸裝置與該碳納米管陣列的接觸面 積，使得所述拉伸工具在拉膜的過程中，不容易和碳納米管膜脫離，利于連續(xù)制備碳納米管 膜。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當(dāng)然這些依據(jù)本發(fā)明精 神所作的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種制備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟提供一形成于一基底上的碳納米管陣列，該碳納米管陣列包括多個(gè)碳納米管基本垂直于所述基底表面；提供一拉伸裝置，該拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設(shè)置有黏膠；將該拉伸裝置靠近所述基底，并使所述接觸面相對(duì)于碳納米管陣列中的碳納米管傾斜，使所述黏膠與碳納米管陣列中的多個(gè)碳納米管接觸；沿遠(yuǎn)離所述碳納米管陣列的方向移動(dòng)所述拉伸裝置，使碳納米管首尾相連地從碳納米陣列中連續(xù)地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。
2.如權(quán)利要求1所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸裝置為一圓柱 體，所述接觸面為圓柱體柱面的一部分，此時(shí)，將所述圓柱體平行地靠近基底表面，使該圓 柱體上的接觸面與碳納米管陣列中的多個(gè)碳納米管接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸裝置進(jìn)一步包 括一底面，該底面與接觸面相連的邊為直線，此時(shí)以底面平行靠近基底表面，并使該接觸面 與所述碳納米管陣列中的多個(gè)碳納米管接觸。
4.如權(quán)利要求1所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸裝置與所述基 底具有一間隙。
5.如權(quán)利要求1所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸裝置的移動(dòng)方 向與所述基底表面的夾角不大于50度。
6.如權(quán)利要求1所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，所述所述拉伸裝置的移 動(dòng)速度在0.001米每秒到0. 1米每秒之間。
7.如權(quán)利要求1所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸裝置拉伸所述 碳納米管膜的力小于1牛頓。
8.如權(quán)利要求1所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，所述接觸面沿垂直于所 述基底的高度大于所述碳納米管陣列的高度。
9.如權(quán)利要求1所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，所述接觸面靠近所述基 底的邊為與所述碳納米管膜相交形成一交界線，該交界線為一直線。
10.如權(quán)利要求9所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，所述交界線平行于所述 基底。
11.如權(quán)利要求10所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，所述拉伸裝置靠近所 述基底一側(cè)進(jìn)一步包括一底面，該底面與所述基底平行，所述底面與所述接觸面相交于所 述交界線。
12.—種制備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟提供一形成于一基底上的碳納米管陣列，該碳納米管陣列包括多個(gè)碳納米管基本垂直 于所述基底表面；提供一拉伸裝置，該拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設(shè)置有黏膠；將該拉伸裝置靠近所述基底，并使所述接觸面上的所述黏膠與碳納米管陣列中的多個(gè) 碳納米管接觸，并使該多個(gè)碳納米管相對(duì)于基底表面傾斜；沿遠(yuǎn)離所述碳納米管陣列的方向移動(dòng)所述拉伸裝置，使碳納米管首尾相連地從碳納米 陣列中連續(xù)地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。
13.如權(quán)利要求12所述的制備碳納米管膜的方法，其特征在于，將該拉伸裝置的接觸 面靠近碳納米管陣列并與碳納米管陣列的多個(gè)碳納米管接觸時(shí)，使該接觸面的頂部對(duì)應(yīng)該 多個(gè)碳納米管的遠(yuǎn)離基底的一端，該接觸面的底部對(duì)應(yīng)該多個(gè)碳納米管的靠近基底的一 端，并且使該多個(gè)碳納米管的遠(yuǎn)離基底的一端相對(duì)于靠近基底的一端產(chǎn)生較大傾斜。
14.一種拉伸裝置，其用于從形成于一基底的一碳納米管陣列中拉出碳納米管膜，該碳 納米管陣列包括多個(gè)基本垂直于所述基底表面的碳納米管，其特征在于，所述拉伸裝置具 有一接觸面，該接觸面用于與碳納米管陣列接觸并向碳納米管陣列傾斜，該接觸面上設(shè)置 有黏附所述碳納米管的一黏膠。
15.如權(quán)利要求14所述的拉伸裝置，其特征在于，所述接觸面為平面或曲面。
16.如權(quán)利要求14所述的拉伸裝置，其特征在于，所述拉伸裝置包括一圓柱體，所述接 觸面為所述圓柱體柱面的一部分。
17.—種拉伸裝置，其用于從形成于一基底的一碳納米管陣列中拉取碳納米管膜，該碳 納米管陣列包括多個(gè)基本垂直于所述基底表面的碳納米管，其特征在于，所述拉伸裝置具 有一接觸面，該接觸面用于與碳納米管陣列接觸，并向碳納米管陣列傾斜，該接觸面對(duì)所述 碳納米管具有粘性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備碳納米管膜的方法，其包括如下步驟提供一形成于一基底上的碳納米管陣列，該碳納米管陣列包括多個(gè)碳納米管基本垂直于所述基底表面；提供一拉伸裝置，該拉伸裝置具有一接觸面，該接觸面上設(shè)置有黏膠；將該拉伸裝置靠近所述基底，并使所述接觸面相對(duì)于碳納米管陣列中的碳納米管傾斜，使所述黏膠與碳納米管陣列中的多個(gè)碳納米管接觸；沿遠(yuǎn)離所述碳納米管陣列的方向移動(dòng)所述拉伸裝置，使碳納米管首尾相連地從碳納米陣列中連續(xù)地被拉出，從而獲得一碳納米管膜。本發(fā)明提供的制備碳納米管膜的方法，利于連續(xù)制備碳納米管膜。本發(fā)明還提供了一種制備該碳納米管膜的拉伸裝置。
文檔編號(hào)C01B31/02GK101863462SQ20091010677
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者馮辰, 劉亮, 姜開利, 范守善 申請(qǐng)人:清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司