[发明专利]包含碳纳米管、富勒烯和/或石墨烯的涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备在基材上的包含碳纳米管、富勒烯和/或石墨烯的涂层的方法，该方法包括如下步骤：将碳纳米管、富勒烯和/或石墨烯施加至含锡涂层上，和通过机械处理或热处理将碳纳米管、富勒烯和/或石墨烯引入涂层。本发明还涉及通过根据本发明的方法制备的经涂布的基材以及该经涂布的基材作为电子机械元件的用途。

背景技术

Sumio lijama于1991年发现了碳纳米管(CNT)(参见S.lijama，Nature，1991，354，56)。lijama在一定反应条件下的富勒烯生成器的煤烟中发现了直径仅为数十纳米而长度直至数微米的管状结构。由他发现的化合物由多个聚集的被称作多壁碳纳米管(MWCNT)的石墨管组成。不久之后，lijama和Ichihashi发现了直径仅约1纳米的单壁CNT，其被相应称作单壁碳纳米管(SWCNT)(参见S.lijama，T.Ichihashi，Nature，1993，363，6430)。

CNT的突出特征包括，例如其约40GPa或1TPa的机械抗拉伸强度和刚度(比钢的抗拉伸强度和刚度高20或5倍)。

CNT中存在导体材料和半导体材料。碳纳米管属于富勒烯家族且具有1纳米至数百纳米的直径。碳纳米管是由碳形成的精微的很小的管状结构(分子纳米管)。其壁如同富勒烯的壁或者如同石墨平面仅由碳组成，其中碳原子采取具有六个角和各三个键合对象(Bindungspartnern)的蜂窝状结构(通过SP²杂化确定)。管的直径通常为1至50纳米，但是也制备了具有仅0.4纳米直径的管。对于单管已经达到了数微米的长度以及对于管束已经达到了直至20厘米的长度。

通常通过从气相或等离子体中沉积碳来合成碳纳米管。对于电子工业来说，载流量(Strombelastbarkeit)和导热性是特别令人感兴趣的。载流量比铜线的载流量约高1000倍，室温下6000W/m*K的导热性几乎是金刚石(最好的天然来源热导体)的导热性的两倍。

现有技术中已知将碳纳米管与传统塑料混合。由此大大改善塑料的机械性能。此外，有可能制备导电塑料，例如已经使用纳米管来赋予抗静电膜传导性。

如上所述，碳纳米管属于富勒烯类。富勒烯是由碳原子形成的具有高对称性的球形分子，其是除金刚石和石墨之外的碳的第三种同素异形体。通常通过在减压下和在保护气体气氛(例如氩气)下用电阻加热或在电弧中来蒸发石墨而制备富勒烯。作为副产物，通常产生上述碳纳米管。富勒烯具有半导至超导性能。

石墨烯被人们称作是sp²杂化的碳原子的单原子层。石墨烯沿其平面显示出非常良好的导电性和导热性。通过在石墨的基准面(Basalebenen)内裂解石墨而制造石墨烯。在此过程中首先插入(interkaliert)氧气。氧气部分地与碳反应并导致层的相互排斥。随后使石墨烯悬浮，并根据使用目的例如将其插入聚合物中。

制造单个石墨烯层的另一可能性是将六边形碳化硅表面加热至高于1400℃的温度。由于硅的较高蒸气压，硅原子比碳原子更快蒸发。之后在表面上形成由少量石墨烯单层组成的薄层单晶石墨。

通常使用锡或锡合金来焊接电触点，例如以将铜线相互连接。也通常将锡或锡合金施加于连接器(Steckverbindungen)上以改善摩擦系数、防止腐蚀以及改善传导性。锡或锡合金中的问题特别是金属或合金的柔软度，使得特别是在连接器的频繁断开和连接时以及在含锡涂层振动时受到磨损，并因此失去含锡涂层的优点。

发明内容

因此，本发明的任务是提供由含锡材料组成的涂层，该涂层在摩擦系数、传导性等方面具有保持或改善的性能下还保证了较低的磨损倾向和/或改善的磨蚀行为。

通过制备包含碳纳米管、富勒烯和/或石墨烯的涂层的方法来解决该任务，所述方法包括如下步骤：将碳纳米管、富勒烯和/或石墨烯施加至含锡涂层上，和通过机械处理或热处理将碳纳米管、富勒烯和/或石墨烯引入涂层中。

其上存在含锡涂层的基材优选为金属，特别优选铜及其合金。在含锡涂层和基材之间还可优选施加至少一个另外的中间层。

作为基材上的含锡涂层，优选使用锡或锡合金。在锡合金上/内施加或引入碳纳米管、富勒烯和/或石墨烯，其中在施加或引入碳纳米管、富勒烯和/或石墨烯时，涂层金属可以固态、液态或糊状存在。