專利名稱：納米材料薄膜結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種由納米線組成的納米材料薄膜 結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
納米材料在基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用，如催化、傳感等方面有著很大價值。所以，制備 具有宏觀結(jié)構(gòu)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(fā)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(jié)構(gòu)，即該納米材料需一支撐結(jié)構(gòu)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(yīng)用范圍?，F(xiàn)有技術(shù)提供一種二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)及其制備方法，請參見“Fabricationof Titania Nanofibers by Electrospinning", Dan Li et al, Nano Letters, vol. 3, No. 4, p555-560(2003)。該方法將礦物油與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的乙醇溶液以及二氧化鈦前驅(qū) 體混合制得漿料，然后通過電紡紗方法制備二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)。進一步，通過加熱使礦物油 與聚乙烯吡咯烷酮蒸發(fā)，可以得到純的二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)。該方法制備的二氧化鈦納米結(jié) 構(gòu)為多個二氧化鈦納米線組成的薄膜結(jié)構(gòu)，且多個二氧化鈦納米線相互纏繞形成一自支撐 結(jié)構(gòu)。然而，該二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)中的多個二氧化鈦納米線雜亂分布，限制了其應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種由有序排列的納米線組成的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)。一種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其包括至少一層納米膜，其中，該納米膜包括多個基本沿 同一方向排列的納米線，且該納米線由多個連續(xù)的納米顆粒組成?！N納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其包括至少一復合納米膜，其中，該復合納米膜包括多個 基本沿同一方向排列的復合納米線，且該每個復合納米線包括至少一碳納米管以及包覆于 該碳納米管表面的多個連續(xù)的納米顆粒。一種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其包括至少一復合納米膜，其中，該復合納米膜包括多個 基本沿同一方向排列的碳納米管線以及多個連續(xù)的納米顆粒包覆于每個碳納米管線的至 少部分表面。相較于現(xiàn)有技術(shù)，由于本發(fā)明提供的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)包括至少一納米膜，且該 納米膜包括多個基本沿同一方向排列的納米線，使其具有定向?qū)峄驅(qū)щ姷奶匦?，擴大了 納米材料薄膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。


圖1為本發(fā)明第一實施例的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為本發(fā)明第一實施例的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)的制備方法流程圖。
圖3為本發(fā)明第一實施例的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)的制備工藝流程圖。圖4為本發(fā)明第一實施例制備的碳納米管膜的掃描電鏡照片。圖5為圖4中的碳納米管膜中的碳納米管片段的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明第一實施例制備的沉積有鈦層的碳納米管膜的掃描電鏡照片。圖7為本發(fā)明第一實施例制備的二氧化鈦納米線/碳納米管復合薄膜結(jié)構(gòu)的掃描 電鏡照片。圖8為圖7中的二氧化鈦納米線/碳納米管復合薄膜結(jié)構(gòu)中的二氧化鈦納米線的 透射電鏡照片。圖9為本發(fā)明第二實施例的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)的示意圖。圖10為本發(fā)明第二實施例制備的二氧化鈦薄膜結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。圖11為本發(fā)明第三實施例的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)的示意圖。圖12為本發(fā)明第三實施例的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)的制備工藝流程圖。圖13為本發(fā)明第三實施例制備的二氧化鈦納米線/碳納米管復合薄膜結(jié)構(gòu)的掃 描電鏡照片。圖14為本發(fā)明第四實施例的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)及其制備方法作進一步的詳 細說明。請參閱圖1，本發(fā)明第一實施例提供一種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)10，其包括一復合納 米膜102。所述復合納米膜102包括多個基本沿同一方向排列的復合納米線104。優(yōu)選地， 所述多個復合納米線104平行于復合納米膜102表面且彼此平行排列。所述復合納米膜102中的相鄰兩個復合納米線104之間可相互接觸，且通過范德 華力緊密連接，使該復合納米膜102形成一自支撐結(jié)構(gòu)?？梢岳斫?，所述復合納米膜102中 的相鄰兩個復合納米線104也可間隔設(shè)置，相鄰兩個復合納米線104之間的距離可大于等 于0. 5納米且小于等于100微米。所述復合納米膜102的厚度為0. 5納米 100微米。所 述復合納米線104的長度不限，可以達數(shù)米以上。所述復合納米線104的直徑小于500納 米。所述復合納米線104的長度可與復合納米膜102的長度相等，故至少有一個復合納米 線104從所述復合納米膜102的一端延伸至另一端，從而跨越整個復合納米膜102。所述復 合納米膜102的長度受復合納米線104的長度的限制。本實施例中，所述復合納米線104 的長度大于1厘米。所述每個復合納米線104包括至少一碳納米管1042以及包覆于該碳納米管1042 表面的多個連續(xù)的納米顆粒(圖未標)，且相鄰的納米顆粒通過范德華力或化學鍵緊密連 接在一起形成一納米線1044。所述復合納米線104可包括一碳納米管1042或多個首尾相 連的碳納米管1042基本沿同一方向排列。所述納米顆粒沿首尾相連的碳納米管1042的延 伸方向排列，且包覆于碳納米管1042表面?？梢岳斫舛鄠€首尾相連的碳納米管1042基本 沿同一方向排列形成一碳納米管線(圖未標)，多個連續(xù)的納米顆粒包覆于每個碳納米管 線的至少部分表面。所述復合納米線104中的多個連續(xù)的納米顆粒包覆于碳納米管1042 的至少部分表面或?qū)⒄麄€碳納米管1042完全包覆。由于納米顆粒包覆于碳納米管1042表面，且納米顆粒與碳納米管1042之間通過范德華力或化學鍵緊密結(jié)合，所以納米顆粒與碳 納米管1042牢固的結(jié)合在一起。所述納米顆粒的粒徑大于等于1納米且小于等于500納米。所述納米顆粒包括金 屬納米顆粒、非金屬納米顆粒、合金納米顆粒、金屬化合物納米顆粒及聚合物納米顆粒中的 一種或幾種。優(yōu)選地，所述納米顆粒包括金屬氧化物納米顆粒、金屬氮化物納米顆粒、金屬 碳化物納米顆粒、硅氧化物納米顆粒、硅氮化物納米顆粒以及硅碳化物納米顆粒中的一種 或多種。本實施例中，所述納米顆粒為二氧化鈦納米顆粒。所述納米顆粒的形狀不限，可以 為球狀、橢球狀、棒狀或線狀等中的一種或幾種。所述納米顆粒的大小均勻，即納米顆粒的 粒徑尺寸分布范圍較小。本實施例中，所述納米顆粒的粒徑尺寸為大于等于50納米且小于 等于150納米。請參閱圖2及圖3，本發(fā)明第一實施例提供的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)10的制備方法可 包括以下步驟步驟一，提供至少一碳納米管膜100，該碳納米管膜100包括多個連續(xù)且定向排列 的碳納米管1042。請參閱圖4及圖5，本實施例中，該碳納米管膜包括多個連續(xù)且定向排列的碳納米 管片段143。該多個碳納米管片段143通過范德華力首尾相連。每一碳納米管片段143包 括多個相互平行的碳納米管145，該多個相互平行的碳納米管145通過范德華力緊密結(jié)合。 該碳納米管片段143具有任意的寬度、厚度、均勻性及形狀。該碳納米管膜中的碳納米管 145基本沿同一方向排列。所述碳納米管膜的厚度為0.050 100微米。所述碳納米管膜 可以通過拉取一碳納米管陣列直接獲得。所述碳納米管膜的結(jié)構(gòu)及其制備方法請參見范守 善等人于2007年2月9日申請的，于2008年8月13公開的第CN101239712A號中國公開 專利申請“碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)及其制備方法”，申請人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深圳) 有限公司?？梢岳斫?，所述碳納米管膜100還可以包括多個平行排列的碳納米管1402，且每 個碳納米管1402從碳納米管膜100的一端延伸至另一端。該碳納米管膜100的結(jié)構(gòu)及其 制備方法請參見范守善等人于2008年2月1日申請的第2008100666048. 7號中國專利申 請“碳納米管薄膜結(jié)構(gòu)及其制備方法”，申請人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公 司；以及范守善等人于2008年5月28日申請的第200810067529. X號中國專利申請“帶狀 碳納米管薄膜的制備方法”，申請人清華大學，鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司。所述碳納米管膜100可進一步設(shè)置于一支撐體上。該支撐體可以為一基板或框 架。本實施例中，將兩個碳納米管膜100重疊鋪設(shè)在一金屬基板上，且兩個碳納米管膜100 中的碳納米管1042的排列方向一致。步驟二，向該碳納米管膜100中引入至少兩種反應(yīng)原料106，于該碳納米管膜100 的表面形成厚度為50 100納米的反應(yīng)原料層(圖未示)。所述反應(yīng)原料106的材料與所需形成的納米線1044的材料相關(guān)。所述反應(yīng)原料 106可以為固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)。所述向碳納米管膜100中引入至少兩種反應(yīng)原料106的方法 具體包括兩種情形。第一種首先，于該碳納米管膜100表面形成一層厚度為50 100納米的第一反 應(yīng)原料層。
所述第一反應(yīng)原料層的材料與所要制備的納米線1044的材料有關(guān)，可以為金屬、 非金屬及半導體中的一種或多種。例如，當納米線1044的材料為金屬化合物，如金屬氧化 物或金屬硅化物，第一反應(yīng)原料層為金屬層，如鈦層、鋁層或鎳層等；當納米線1044的材料 為非金屬化合物，如氮化硅或碳化硅，第一反應(yīng)原料層為硅層。所述于碳納米管膜100表面形成一第一反應(yīng)原料層的方法不限，可以包括物理氣 相沉積法、化學氣相沉積法、浸漬法、噴涂法以及絲網(wǎng)印刷法等中的一種或多種?？梢岳斫?， 根據(jù)第一反應(yīng)原料層的材料不同，可以選擇不同的方法在碳納米管膜100中的碳納米管表 面形成第一反應(yīng)原料層的材料。例如，通過物理氣相沉積法可以將金屬濺射到碳納米管表 面；通過化學氣相沉積法可以在碳納米管表面形成非金屬；通過噴涂法或絲網(wǎng)印刷法可以 將含有金屬的有機漿料形成于碳納米管的表面。其次，向該碳納米管膜100引入氣態(tài)或液態(tài)第二反應(yīng)原料。所述氣態(tài)第二反應(yīng)原料可以為氧氣、氮氣、硅源氣體及碳源氣體中的一種或多種。 所述向碳納米管膜100引入氣態(tài)第二反應(yīng)原料的方法可以包括直接將氣態(tài)第二反應(yīng)原料 通入到設(shè)置有碳納米管膜100的反應(yīng)室(圖未示)或?qū)⑻技{米管膜100設(shè)置于一含有氣態(tài) 第二反應(yīng)原料的氣氛中，從而使氣態(tài)第二反應(yīng)原料分布于碳納米管膜100以及第一反應(yīng)原 料層周圍。所述液態(tài)第二反應(yīng)原料可以為甲醇、乙醇、丙酮及液態(tài)樹脂等中的一種或多種。所 述向碳納米管膜100引入液態(tài)第二反應(yīng)原料的方法可以包括直接將液態(tài)第二反應(yīng)原料滴 到碳納米管膜100表面或?qū)⑻技{米管膜100浸潤于一液態(tài)第二反應(yīng)原料中，從而使液態(tài)第 二反應(yīng)原料分布于碳納米管膜100以及第一反應(yīng)原料層周圍。第二種首先，于該碳納米管膜100表面形成一第一反應(yīng)原料層；其次，于該第一 反應(yīng)原料層上形成一第二反應(yīng)原料層。所述第一反應(yīng)原料層與第二反應(yīng)原料層的總厚度為 50 100納米。當?shù)谝环磻?yīng)原料層為金屬層，第二反應(yīng)原料層為非金屬層時，第一反應(yīng)原料 層可以為鋁層或鈦層，第二反應(yīng)原料層可以為硅層等。當?shù)谝环磻?yīng)原料層與第二反應(yīng)原料 層均為金屬層時，第一反應(yīng)原料層與第二反應(yīng)原料層均可以分別為鋁層與鈦層、鋁層與鎳 層等?？梢岳斫?，當沉積于所述碳納米管膜100表面的反應(yīng)原料層的厚度較小時，如厚 度為小于50納米，反應(yīng)原料反應(yīng)后可形成多個間隔的納米顆粒。當所述碳納米管膜100 表面的反應(yīng)原料層的厚度較大時，如大于50納米，反應(yīng)原料反應(yīng)后容易形成連續(xù)的納米顆 粒，即納米線1044。可以理解，不同的反應(yīng)原料106對厚度的要求不同。本實施例中，通過磁控濺射法 在碳納米管膜100表面沉積一層100納米厚的鈦層。請參見圖6，鈦顆粒均勻分布于碳納米 管膜中的碳納米管表面。然后，將該沉積有鈦層的碳納米管膜100置于大氣環(huán)境中，使得碳 納米管膜100表面的鈦顆粒與大氣中的氧氣接觸。當鈦層的厚度小于50納米時，鈦層與氧 氣反應(yīng)后可形成多個間隔的二氧化鈦納米顆粒。當鈦層的厚度大于50納米時，鈦層與氧氣 反應(yīng)后容易形成連續(xù)的二氧化鈦納米線。步驟三，引發(fā)反應(yīng)原料106進行反應(yīng)，生長納米材料薄膜結(jié)構(gòu)10。所述引發(fā)反應(yīng)原料106進行反應(yīng)的方法包括加熱，電火花，及激光掃描中的一種 或多種?？梢岳斫?，根據(jù)反應(yīng)條件的不同，可以選擇不同的方法來引發(fā)反應(yīng)原料106進行反
7應(yīng)。如通過加熱可以使硅與碳源氣反應(yīng)制備碳化硅納米線；通過激光掃描可以使金屬與氧 氣反應(yīng)制備金屬氧化物納米線。本實施例中，采用激光掃描引發(fā)反應(yīng)原料106進行反應(yīng)。采用激光掃描引發(fā)反應(yīng) 原料106進行反應(yīng)包括兩種情形第一種為采用激光掃描整個碳納米管膜100的表面，使碳 納米管膜100表面的反應(yīng)原料106進行反應(yīng)；第二種為采用激光掃描碳納米管膜100的部 分表面，使碳納米管膜100表面的反應(yīng)原料106由激光掃描的位置開始沿著碳納米管排列 方向進行自擴散反應(yīng)。當采用第二種方法時，可以將碳納米管膜100設(shè)置于一基板(圖未 示)上，通過選擇不同導熱系數(shù)的基板以控制生長納米線1044的速度。所述基板的導熱系 數(shù)越大，熱量向基板傳導就越快，而沿碳納米管方向傳導就越慢，納米線1044的生長速度 越慢。反之則生長速度越快。由于空氣的導熱系數(shù)很小，所以當碳納米管膜100懸空設(shè)置 時，納米線1044具有最快的生長速度。所述反應(yīng)原料106在反應(yīng)條件下進行反應(yīng)生長納米線1044。該納米線1044沿碳納 米管1042長度方向生長，且均勻分散或包覆于碳納米管1042表面形成一復合納米線104。 由于碳納米管膜100中的碳納米管1042首尾相連，故制備的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)10為一膜 狀，且該納米材料薄膜結(jié)構(gòu)10包括多個平行設(shè)置的復合納米線104。該納米材料薄膜結(jié)構(gòu) 10包括多個復合納米線104，且該復合納米線104的長度與碳納米管膜100的長度有關(guān)。由 于碳納米管膜100的長度不限，可達到數(shù)米以上，故所制備的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)10中的復 合納米線104的長度可達到數(shù)米以上。本實施例中，采用激光掃描，引發(fā)自擴散反應(yīng)，得到二氧化鈦薄膜結(jié)構(gòu)。其中，激光 掃描的速度為10 200厘米/秒，激光掃描的功率大于0. 5瓦。該自擴散反應(yīng)的速度大于 10厘米/秒。請參見圖7，該圖為本發(fā)明第一實施例制備的二氧化鈦納米線/碳納米管復 合薄膜結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。由圖7可看出，該二氧化鈦納米線/碳納米管復合薄膜結(jié)構(gòu) 包括多個基本沿同一方向排列的二氧化鈦納米線沿著碳納米管膜中的碳納米管的長度方 向生長。請參見圖8，該圖為本發(fā)明第一實施例制備的二氧化鈦納米線/碳納米管復合薄膜 結(jié)構(gòu)中的二氧化鈦納米線的透射電鏡照片。由圖8可看出，二氧化鈦納米線的微觀形貌為 多個連續(xù)的類似橢球狀的小顆粒，且均勻分散或包覆于碳納米管表面。所述納米線1044的排列方向與作為模板的碳納米管膜100中的碳納米管1042的 排列方向有關(guān)。由于納米線1044均勻分散或包覆于碳納米管1042表面，故一般情況下，所 述納米線1044的排列方向與碳納米管膜100中的碳納米管1042的排列方向大致相同。當 作為模板的碳納米管膜100中的碳納米管1042沿同一方向排列時，所形成的納米線1044 可相互平行，且沿碳納米管膜100中的碳納米管1042的排列方向排列。請參閱圖9，本發(fā)明第二實施例提供一種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)20，其包括一納米膜 202。其中，所述納米膜202包括多個基本沿同一方向排列的納米線204。優(yōu)選地，所述多個 納米線204平行于納米膜202表面且彼此平行排列。所述納米膜202中的相鄰兩個納米線204之間可相互接觸，且通過范德華力緊密 連接，使該納米膜202形成一自支撐結(jié)構(gòu)?？梢岳斫?，所述納米膜202中的相鄰兩個納米線 204也可間隔設(shè)置，相鄰兩個納米線204之間的距離可大于等于0. 5納米且小于等于100微 米。所述納米膜202的厚度為0.5納米 100微米。所述納米線204的長度不限，可以達 數(shù)米以上。所述納米線204的直徑小于500納米。所述納米線204的長度可與納米膜202的長度相等，故至少有一個納米線204從所述納米膜202的一端延伸至另一端，從而跨越整 個納米膜202。所述納米膜202的長度受納米線204的長度的限制。本實施例中，所述納米 線204的長度大于1厘米。所述納米線204包括多個連續(xù)的納米顆粒，且相鄰的納米顆粒 通過范德華力或化學鍵緊密連接在一起。所述納米顆粒與第一實施例的納米顆粒相同?？梢岳斫?，將上述第一實施例制備的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)10去除碳納米管膜100， 即可獲得一本實施例提供的純納米材料薄膜結(jié)構(gòu)20。所述去除碳納米管膜100的方法與納 米線1044的材料相關(guān)。優(yōu)選地，可通過高溫氧化的過程將碳納米管膜100除去。如，將反 應(yīng)產(chǎn)物置于高溫爐中，于500 1000°C條件下保溫1 4小時?？梢岳斫猓邷匮趸ヌ?納米管膜100的方法僅限于納米線1044為耐高溫材料時使用，如金屬氧化物，非金屬氮化 物等。本實施例中，將上述二氧化鈦薄膜結(jié)構(gòu)于大氣環(huán)境下熱處理以除去碳納米管膜 100得到一純的二氧化鈦薄膜結(jié)構(gòu)。所述熱處理溫度為900°c，所述熱處理的升溫速度為 IOK/分鐘。請參見圖10，所述多個純二氧化鈦納米線形成一具有自支撐特性的二氧化鈦納 米膜。該二氧化鈦納米膜的厚度小于100納米。該二氧化鈦納米膜中的二氧化鈦納米線的 長度大于等于900微米，直徑小于等于100納米。請參閱圖11，本發(fā)明第三實施例提供一種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)30，其包括多個層疊 設(shè)置的復合納米膜302。所述復合納米膜302與本發(fā)明第一實施例提供的復合納米膜102 結(jié)構(gòu)相同。所述相鄰兩個復合納米膜302中的復合納米線304的排列方向形成一夾角α， α大于等于零度且小于等于90度。當α大于零度時，多個復合納米線304交叉設(shè)置，于所 述納米材料薄膜結(jié)構(gòu)30中形成多個均勻分布的微孔306，該微孔306的孔徑為1納米 5 微米。相互接觸且交叉設(shè)置的兩個復合納米線304之間可以通過范德華力結(jié)合，也可以反 應(yīng)形成一共同節(jié)點308，即通過化學鍵緊密連接，使該納米材料薄膜結(jié)構(gòu)30形成一自支撐 結(jié)構(gòu)。當相互接觸且交叉設(shè)置的兩個復合納米線304之間反應(yīng)形成一共同節(jié)點308時，使 得該納米材料薄膜結(jié)構(gòu)30的結(jié)構(gòu)更加牢固，機械強度更大，使用時不易破裂。請參閱圖12，本發(fā)明第三實施例的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)30的制備方法包括以下步 驟步驟一，提供至少兩個碳納米管膜300。所述碳納米管膜300與本發(fā)明第一實施例提供的碳納米管膜100結(jié)構(gòu)相同。本實 施例中，將兩個碳納米管膜300重疊且交叉設(shè)置在一金屬基板上，且兩個碳納米管膜300中 的碳納米管的排列方向垂直。步驟二，向該碳納米管膜300中引入至少兩種反應(yīng)原料310，于該碳納米管結(jié)構(gòu) 300的表面形成厚度為50 100納米的反應(yīng)原料層(圖未示)。所述引入反應(yīng)原料310的方法與本發(fā)明第一實施例中引入反應(yīng)原料106的方法相同。本實施例中，通過磁控濺射法在交叉設(shè)置的碳納米管膜300兩個相對的表面各沉 積一層100納米厚的鈦層。步驟三，引發(fā)反應(yīng)原料310進行反應(yīng)，生長納米材料薄膜結(jié)構(gòu)30。所述引發(fā)反應(yīng)原料310進行反應(yīng)的方法與本發(fā)明第一實施例引發(fā)反應(yīng)原料306進 行反應(yīng)的方法相同。
9
本實施例中，采用激光掃描，引發(fā)自擴散反應(yīng)，得到二氧化鈦薄膜結(jié)構(gòu)。其中，激光 掃描的速度為10 200厘米/秒，激光掃描的功率為0.4 10瓦。該自擴散反應(yīng)的速度 大于10厘米/秒。請參見圖13，該圖為本發(fā)明第三實施例制備的二氧化鈦納米線/碳納米管復合薄 膜結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。由圖13可以看出，本實施例生長的二氧化鈦納米線/碳納米管復 合薄膜結(jié)構(gòu)包括兩個二氧化鈦納米線/碳納米管復合薄膜。每個二氧化鈦納米線/碳納米 管復合薄膜包括多個基本沿同一方向排列的二氧化鈦納米線沿著碳納米管膜中的碳納米 管的長度方向生長，且兩個二氧化鈦納米膜中的二氧化鈦納米線的排列方向垂直?？梢岳?解，通過控制碳納米管拉膜的鋪設(shè)角度，可以制備不同形貌的二氧化鈦薄膜結(jié)構(gòu)。請參閱圖14，本發(fā)明第四實施例提供一種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)40，其包括多個層疊 設(shè)置的納米膜402。所述納米膜402與本發(fā)明第二實施例提供的納米膜202結(jié)構(gòu)相同。所 述相鄰兩個納米膜402中的納米線404的排列方向形成一夾角α，α大于等于零度且小于 等于90度。當α大于零度時，多個納米線404交叉設(shè)置，于所述納米材料薄膜結(jié)構(gòu)40中 形成多個均勻分布的微孔406，該微孔406的孔徑為1納米 5微米。相互接觸且交叉設(shè)置 的兩個納米線404之間可以通過范德華力結(jié)合，也可以反應(yīng)形成一共同節(jié)點408，即通過化 學鍵緊密連接，使該納米材料薄膜結(jié)構(gòu)40形成一自支撐結(jié)構(gòu)。當相互接觸且交叉設(shè)置的兩 個納米線404之間反應(yīng)形成一共同節(jié)點408時，使得該納米材料薄膜結(jié)構(gòu)40的結(jié)構(gòu)更加牢 固，機械強度更大，使用時不易破裂?？梢岳斫?，將第三實施例中提供的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)30去除該碳納米管膜300， 即可獲得一本實施例的純納米材料薄膜結(jié)構(gòu)40。本實施例中，通過高溫氧化的過程將碳納 米管膜300除去。高溫氧化的過程中，相互接觸且交叉設(shè)置的兩個納米線404之間會反應(yīng) 形成一共同節(jié)點408。由于本發(fā)明提供的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)包括至少一納米膜，且該納米膜包括多個基 本沿同一方向排列的納米線，所以該納米材料薄膜結(jié)構(gòu)各向異性，使其具有定向?qū)峄驅(qū)?電的特性，擴大了納米材料薄膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當然，這些依據(jù)本發(fā)明精 神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其包括至少一層納米膜，其特征在于，該納米膜包括多個基本沿同一方向排列的納米線，且該納米線由多個連續(xù)的納米顆粒組成。
2.如權(quán)利要求1所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米膜中的納米線從納 米膜的一端延伸至另一端。
3.如權(quán)利要求1所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米膜中的多個納米線 彼此基本平行排列。
4.如權(quán)利要求3所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米膜中的相鄰兩個納 米線之間相互接觸，且通過范德華力緊密連接。
5.如權(quán)利要求3所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米膜中的相鄰兩個納 米線之間的距離大于等于0. 5納米且小于等于100微米。
6.如權(quán)利要求1所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米材料薄膜結(jié)構(gòu)包括 至少兩個層疊設(shè)置的納米膜，相鄰兩個納米膜之間通過范德華力或化學鍵緊密連接。
7.如權(quán)利要求6所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述相鄰兩個納米膜中的納 米線交叉設(shè)置。
8.如權(quán)利要求7所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米材料薄膜結(jié)構(gòu)包括 多個均勻分布的微孔，該微孔的孔徑大于等于1納米且小于等于5微米。
9.如權(quán)利要求1所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米顆粒的粒徑大于等 于1納米且小于等于500納米。
10.如權(quán)利要求1所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米線中相鄰的納米顆 粒通過范德華力或化學鍵緊密連接在一起。
11.如權(quán)利要求1所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米顆粒包括金屬納米 顆粒、非金屬納米顆粒、合金納米顆粒、金屬化合物納米顆粒及聚合物納米顆粒中的一種或 幾種。
12.—種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其包括至少一復合納米膜，其特征在于，該復合納米膜包 括多個基本沿同一方向排列的復合納米線，且該每個復合納米線包括至少一碳納米管以及 包覆于該碳納米管表面的多個連續(xù)的納米顆粒。
13.如權(quán)利要求12所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復合納米膜中的復合 納米線從復合納米膜的一端延伸至另一端。
14.如權(quán)利要求12所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述每個復合納米線包括 多個首尾相連的碳納米管以及多個包覆于首尾相連的碳納米管表面的連續(xù)的納米顆粒。
15.如權(quán)利要求12所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述納米顆粒與碳納米管 之間通過范德華力或化學鍵緊密結(jié)合。
16.如權(quán)利要求12所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復合納米線中的多個 連續(xù)的納米顆粒包覆于碳納米管的至少部分表面。
17.如權(quán)利要求12所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復合納米線中的多個 連續(xù)的納米顆粒將整個碳納米管完全包覆。
18.—種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其包括至少一復合納米膜，其特征在于，該復合納米膜包 括多個基本沿同一方向排列的碳納米管線以及多個連續(xù)的納米顆粒包覆于每個碳納米管 線的至少部分表面。
19.如權(quán)利要求18所述的納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管線包括多個 首尾相連的碳納米管基本沿同一方向排列。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米材料薄膜結(jié)構(gòu)，其包括至少一層納米膜，其中，該納米膜包括多個基本沿同一方向排列的納米線，且該納米線由多個連續(xù)的納米顆粒組成。
文檔編號B82B1/00GK101880023SQ200910107299
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者姜開利, 李群慶, 王佳平, 范守善 申請人:清華大學;鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司