[发明专利]用于在可重复使用的基材上连续生产碳纳米结构的系统和方法

说明书

与相关申请的交叉引用

本申请要求2011年10月19日提交的题为“用于在可重复使用的基材上连续生产碳纳米结构浸渍材料的方法”（METHOD FOR CONTINUOUSLY PRODUCING CARBON NANOSTRUCTURES IMPREGNATED MATERIALS ON REUSABLE SUBSTRATES）的美国临时专利申请系列号61/549,182和2012年9月28日提交的题为“纳米结构及其制造方法”（NANOSTRUCTURE AND METHOD OF MAKING THE SAME）的美国临时专利申请系列号61/707,738的利益，所述临时专利申请以其全部内容为所有目的通过参考并入本文。

发明领域

本发明涉及复合材料，更具体来说，涉及合并有碳纳米结构的复合材料。

发明背景

将碳纳米管（CNT）合并到复合材料中，可以通过各种技术来实现，包括将纳米管在复合材料的基质材料中物理混合或通过在基材上直接生长。由于随着CNT浓度增加粘度大大增加，因此在物理混合方法中装载的CNT可能受到限制。其他限制由于在固化载有CNT的复合材料之前移除过量树脂的能力有限而出现。由于在CNT合成中通常使用的高温能够影响某些基材的完整性，因此在各种基材上直接生长CNT可能受到限制。

发明概述

在某些情况下，本文所公开的实施方式涉及一种系统，所述系统包含：可重复使用的基材，在所述系统中在所述基材上形成碳纳米结构，以提供载有碳纳米结构的可重复使用的基材；第一传送系统，其适用于将所述可重复使用的基材连续传送通过碳纳米管催化剂施用站和碳纳米结构生长站；以及第二传送系统，其适用于在第二基材与所述载有碳纳米结构的可重复使用的基材之间产生界面，所述界面便于将碳纳米结构从所述载有碳纳米结构的可重复使用的基材转移到所述第二基材。

在其他情况下，本文所公开的实施方式涉及一种方法，所述方法包括：在可重复使用的基材上生长碳纳米结构，所述碳纳米结构包括具有包含交错接合、分叉、交联和共用壁的结构形态的碳纳米管聚合物；以及将所述碳纳米结构转移到第二基材，以提供载有碳纳米结构的第二基材，其中所述方法适用于在所述可重复使用的基材上进行碳纳米结构的连续生产。

在其他情况下，本文所公开的实施方式涉及一种包含碳纳米结构的预浸材，所述碳纳米结构包括具有包含交错接合、分叉、交联和共用壁的结构形态的碳纳米管聚合物。

附图简述

图1示出了根据本文所公开的实施方式，用于在可重复使用的基材上制备碳纳米结构（CNS）并将所述CNS转移到第二基材的系统的示意图。

图2示出了根据本文所公开的实施方式的碳纳米结构（CNS）或“薄片”结构的简化绘制图。

图3示出了根据本文所公开的实施方式的真实样品CNS结构的扫描电子显微照片（SEM）图像。

图4示出了根据本文所公开的实施方式的具有抗粘着层的催化剂，以便于从基材和/或催化剂分离CNS。

详细描述

本发明部分涉及用于在可重复使用的基材上合成碳纳米结构（CNS）并将新生CNS转移到第二基材的连续方法。可以将在可重复使用的基材上制备的CNS转移到预浸材材料或其他第二基材，或通过其他方式分离成独立的、即不与基材结合的CNS，它们中的任一种都可以作为填充材料引入到各种复合材料应用中。例如，第二基材可能是CNS的最终目的地，并且通过将载有CNS的第二基材引入到连续相基质材料中，可以将得到的复合材料进一步转变成更高阶的复合材料。在其他实施方式中，载有CNS的第二基材是预浸材。或者，载有CNS的第二基材可以作为方便的CNS储存装置，并且稍后在需要时可以将CNS从第二基材移除。在其他实施方式中，可以使用载有CNS的第二基材将CNS转移到第三基材。在另外的实施方式中，可以将载有CNS的第二基材以任何所需的间隔切断，以提供载有CNS的切断的材料，例如载有CNS的短切纤维。