[发明专利]一种低成本高纯碳纳米管薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及光电子领域，主要是一种低成本的无任何添加剂的高纯碳纳米管薄膜的快速制备方法。本制备方法采用可行、简便及环保的操作方法，通过将碳纳米管在无水乙醇分散剂中进行超声分散和机械搅拌后，经过真空抽滤，成功制备出了可大面积剥离的碳纳米管薄膜。通过把碳纳米管从滤纸上的大面积剥离，把碳纳米管薄膜转移到其他需要的衬底上。该法制备的碳纳米管薄膜具有很好的致密性和电学性质。

技术领域

本发明涉及一种高纯碳纳米管薄膜的制备方法，尤其涉及一种不使用其它表面活性剂的低成本、尺寸可控和高效的液相制备碳纳米管薄膜的方法。

背景技术

碳纳米管是一种典型的一维材料，自从1991年被发现以来，碳纳米管在光电子和生物传感等领域的应用前景引起了广泛的关注。碳纳米管按照其结构可以分为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管具有很大的比表面积以及优异的导电性和热稳定性。由碳纳米管排列而成的碳纳米管薄膜也具有独特的物理和化学性质，使其在柔性电极、可穿戴设备、触摸屏和显示器等方面具有广阔的应用前景。

碳纳米管薄膜可以由碳源直接生长为薄膜，也可以通过利用碳纳米管作为原料来成膜。由碳源直接生长成膜法对设备的要求较高，制备的工艺条件也比较严苛，很难实现大批量的制备。利用碳纳米管来制备薄膜的工艺过程则相对简单，最常见的方法就是液相沉积法。申请号201510495655.5的“一种碳纳米管薄膜的制备方法”中提及了一种可以选择性吸附碳纳米管的介质来成膜，然而其制备过程不仅使用了表面活性剂，还有酸化过程。由于碳纳米管很容易团聚，不容易分散，因而很多制备方法都使用表面活性剂来帮助分散。表面活性剂是很难完全去除的，残留的表面活性剂对其光学性质会产生很大的影响，此外一些酸化过程也会破坏碳纳米管化学结构的完整性。因而，急需一种不使用任何表面活性剂的碳纳米管薄膜的制备方法。申请号200910309105.4的“碳纳米管薄膜的制备方法”同样采用了真空抽滤的方法制备碳纳米管薄膜，然而去除分散液的过程复杂，时间周期长，过程中还使用了强酸等化学试剂，容易污染和破坏碳纳米管。此外，在去除滤膜时，要在丙酮蒸汽中保持1 h以上，丙酮是有毒气体，容易造成环境污染和不安全因素，且去除滤膜的时间较长，不利于提高制备效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本无添加剂的高纯碳纳米管薄膜的制备方法，通过不添加任何添加剂来进行真空抽滤成膜，来有效保护碳纳米管的化学结构的完整性，从而保持碳纳米管优异的光电特性。

本发明公开了一种低成本高纯碳纳米管薄膜制备方法，其特征在于把碳纳米管放入有机溶剂中进行液相超声分散和机械搅拌，得到分布均匀的碳纳米管分散液，碳纳米管分散液的浓度在0.05～0.1 mg/ml，通过真空抽滤，得到粘附于滤纸上的碳纳米管薄膜，通过对粘附在滤纸上的碳纳米管薄膜进行大面积的剥离，使其易于转移到其他不同的衬底上，以适应不同的应用需求。

所说的低成本高纯碳纳米管薄膜制备方，包括获得均匀的碳纳米管分散液，碳纳米管分散液的真空抽滤及碳纳米管薄膜的转移等操作步骤，其特征具体如下：

步骤（1） 仅采用无水乙醇作为碳纳米管的分散剂，不添加其它任何表面活性剂，碳纳米管与无水乙醇的配比为5-10 mg :50-100 ml，碳纳米管分散于无水乙醇中；

步骤（2）把碳纳米管和无水乙醇的分散液超声30～36 min，然后机械搅拌2 h，搅拌转速为500 rpm，再超声3～5 min后，进行真空抽滤，把薄膜烘干，即可快速得到吸附于滤纸上的碳纳米管薄膜；

步骤（3）取干燥处理后的碳纳米管薄膜，沿膜的边缘划一圈缺口，再把粘附于滤纸上的碳纳米管薄膜置于200～300 ml的无水乙醇溶液中，注意要使有膜的那一面朝下，在75℃下加热使无水乙醇溶液沸腾，利用气泡往外溢出的张力，便可实现薄膜与滤纸的快速分离；