[发明专利]负载在铝基体上的碳纳米管薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米管薄膜的制备领域。特别涉及一种负载在铝基体上的碳纳米管薄膜及其制备方法。

背景技术

碳纳米管具有独特的结构，碳原子的p电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。在特定结构下，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率可以达到铜的1万倍。由于碳纳米管膜既导电又透明，具有很好的柔韧性和较大表面积，非常适合做有机发光二极管、平板显示器的透明电极以及太阳能电池的电极。所制备的碳纳米管透明导电膜可以作为ITO(铟锡氧化物)的替代品。ITO是目前最常用的透明导电膜，即一种具有优良导电性以及较高光透过率的膜。但是，ITO的成本昂贵，铟在自然界的含量又少，而且是有毒物质，这就促使人们研究开发能够替代ITO的材料。除此以外，碳纳米管膜在电磁屏蔽方面也有潜在的市场前景，比如在阴极射线管中，薄膜避免了摩擦，可以更为有效的发挥作用。美国弗吉尼亚州立大学开发出一种由塑料、碳纳米管和发泡剂组成的电磁屏蔽材料。这种新型纳米复合材料还可防止腐蚀，而且比金属更便宜。对重量特轻的导电纳米复合材料的研究表明，仅仅含有1％～2％的碳纳米管即可使电导率提高10个数量级。碳纳米管膜还可应用在平面白炽源方面。由于碳纳米管膜强烈地吸收引起局部加热的微波辐射，可以利用厨房微波炉焊接树脂玻璃。纳米光膜的透明度和电导率都不受焊接处理的影响，所以将其作为透明加热元素加入汽车玻璃中成为它的另一个潜在的应用。另外，碳纳米管膜产生极低的电子噪声，温度对电导率的影响也极小。这些性能又为其在高品质传感器方向的应用提供了可能。

因此，碳纳米管薄膜，特别是单壁碳纳米管薄膜的制备已经引起人们的广泛关注。常用的制备方法有真空过滤法、溅射喷涂法、溶剂蒸发法、旋转喷涂法、L-B沉积及电泳沉积法等。并有人尝试加入聚合物用以改善薄膜的机械性能和电学性能，如聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯等，但可能对光透过率有一定的负面影响。而上述这些方法又有着不可避免的缺点。如大面积膜的均匀性、平整度，成膜的效率，膜厚的控制等方面。常用的真空过滤法又对滤膜有一定的限制，而且实现其进一步应用还应考虑转移技术，将碳纳米管膜转移到指定的基体上，操作工艺复杂；溅射喷涂法和旋转喷涂法又需要昂贵的设备；溶剂蒸发法所制备的薄膜均匀性受到一定的限制。本发明介绍了一种负载在铝基体上的碳纳米管薄膜及其制备方法。

发明内容

本发明旨在于提供一种负载在铝基体上的碳纳米管薄膜及其制备方法，该碳纳米管膜的导电性好，透光率高，具有良好的应用前景。其制备过程简单，易于控制，成膜均匀。

本发明是通过以下技术方案加以实现的。

本发明负载在铝基体上的碳纳米管薄膜，其中，所述的基体为经过阳极氧化，其氧化膜孔径为15-200nm，厚度为5-100μm的铝基体，在铝基体上负载的薄膜是由直径为0.5-20nm的碳纳米管和单链DNA构成，此单链DNA为5-60个鸟嘌呤(G)或者5-60个胸腺嘧啶(T)或者两种碱基的组合，碳纳米管薄膜的厚度为2-500nm，方块电阻值为0.5-50kΩ/sq。

负载在铝基体上的碳纳米管薄膜的制备方法，步骤如下：

1、制备碳纳米管DNA溶液：取0.1-10.0mg/mL的含有5-60个鸟嘌呤(G)或者5-60个胸腺嘧啶(T)或者两种碱基组合的单链DNA水溶液，直径0.5-20nm的碳纳米管，按碳纳米管的质量毫克数与单链DNA水溶液的体积毫升量比为1∶1-1∶10配制后，在冰水浴中以功率10-200W超声破碎处理0.5-6.0小时，8000-20000r/min离心分离30-60分钟，去除沉淀物后得到碳纳米管DNA溶液。

2、铝基体的氧化：将铝基体进行阳极氧化，得到氧化膜孔径为15-200nm，厚度5-150μm的铝基体；

3、将步骤2中干燥的铝基体浸没到步骤1制备的碳纳米管溶液中，溶液温度为10-80℃，pH值在5-7之间，静置0.5-96h后取出，碳纳米管在铝表面自组装形成厚度为2-500nm、方块电阻为0.5-50kΩ/sq的导电膜。

本发明具有如下优点：制备过程简单，不需要昂贵的设备，制得的单壁碳纳米管膜均匀、稳定，具有一定的导电性和透光性。

附图说明

附图1为实施例3所制备的负载在铝基体上的碳纳米管薄膜的SEM图像，表明负载在铝基体上的是一个平整均匀的碳纳米管薄膜。

附图2为实施例3所制备的负载在铝基体上的碳纳米管薄膜的SEM图像，表明负载在铝基体上的是一个平整均匀的碳纳米管薄膜。