[发明专利]碳纳米管薄膜结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料薄膜及其制备方法，尤其涉及一种碳纳米管薄 膜结构及其制备方法。

背景技术

碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)是一种新型碳材料，1991年由日本研 究人员Iijima首次在实验室制备获得(请参见，Helical Microtubules of Graphitic Carbon，Nature，V354，P56-58(1991))。碳纳米管的特殊结构决定了 其具有特殊的性质，如高抗张强度和高热稳定性；随着碳纳米管螺旋方式的 变化，碳纳米管可呈现出金属性或半导体性等。由于碳纳米管具有理想的一 维结构以及在力学、电学、热学等领域优良的性质，其在材料科学、化学、 物理学等交叉学科领域已展现出广阔的应用前景，包括场发射平板显示，电 子器件，原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)针尖，热传感器，光 学传感器，过滤器等等。

虽然碳纳米管性能优异，具有广泛的应用，但是一般情况下制备得到的 碳纳米管为微观结构，其在宏观上为颗粒状或粉末状，不利于碳纳米管的宏 观应用。因此制备各种宏观的碳纳米管结构成为人们关注的热点(请参见The parameter space for the direct spinning of fibres and films of carbon nanotube， Physica E，vol.37，pp.40，(2007))。

现有技术中揭示一种碳纳米管薄膜结构及其制备方法。该碳纳米管薄膜 结构的制备方法包括以下步骤：提供一生长基底；在该生长基底上沉积一催 化剂层；提供一反应炉，并将该沉积有催化剂层的生长基底置入所述反应炉 内；通入碳源气，并加热生长碳纳米管薄膜结构。该方法制备的碳纳米管薄 膜结构形成于所述生长基底上，且该碳纳米管薄膜结构中包括多个相互缠 绕，无序排列的碳纳米管。

然而，采用上述方法制备的碳纳米管薄膜结构存在以下不足：第一，由 于生长基底含有催化剂层，所以生长的碳纳米管薄膜结构中含有催化剂，影 响了碳纳米管薄膜结构的纯度。第二，该碳纳米管薄膜结构中的碳纳米管相 互缠绕，无序排列导致无法有效应用碳纳米管的优良特性，如：导电性与导 热性。第三，该碳纳米管薄膜结构没有自支撑性，必须设置于一基底上，限 制了其应用。第四，现有技术制备碳纳米管薄膜结构生长基底与接收基底采 用同一基底，无法实现多次生长。

有鉴于此，确有必要提供一种不含催化剂，有序排列，且可以有效应用 碳纳米管的优良特性，具有自支撑性的碳纳米管薄膜结构及其制备方法。

发明内容

一种碳纳米管薄膜结构，其包括至少一碳纳米管薄膜，其中，该碳纳米 管薄膜包括多个平行于碳纳米管薄膜表面的超长碳纳米管，且超长碳纳米管 彼此平行排列。

一种碳纳米管薄膜结构的制备方法，其具体包括以下步骤：提供一生长 装置，且该生长装置包括一反应室以及间隔设置于该反应室内的一旋转平台 与一固定平台，反应室包括一进气口与一出气口，且所述固定平台设置于靠 近进气口一边，所述旋转平台设置于靠近出气口一边；提供一生长基底以及 一接收基底，并在该生长基底表面沉积一单分散性催化剂层；将所述生长基 底放置于该固定平台上，将所述接收基底放置于该旋转平台上；通入碳源气， 沿着气流的方向生长超长碳纳米管；停止通入碳源气，超长碳纳米管平行且 间隔的形成在接收基底表面；更换生长基底，并多次重复上述生长超长碳纳 米管的步骤，在接收基底上形成至少一碳纳米管薄膜；将所述至少一碳纳米 管薄膜从接收基底上取下，从而得到一碳纳米管薄膜结构。

相较于现有技术，本技术方案提供的碳纳米管薄膜结构及其制备方法具 有以下优点：第一，该碳纳米管薄膜结构中包括多个平行于碳纳米管薄膜表 面且有序排列的超长碳纳米管，所以可以有效应用碳纳米管的优良特性，如： 导电性与导热性。第二，采用该方法制备碳纳米管薄膜结构，生长基底与接 收基底分开，制备的碳纳米管薄膜结构中不含任何催化剂，为一纯碳纳米管 薄膜结构。第三，该碳纳米管薄膜结构具有自支撑性，可以从基底上取下。 第四，通过更换生长基底可以实现多次生长，工艺简单，易于实现。第五， 可以选用不同的接收基底接收碳纳米管薄膜结构，扩大了其应用范围。

附图说明

图1为本技术方案实施例的碳纳米管薄膜结构的结构示意图。