水平超定向碳纳米管束阵列及其软锁抽丝制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113880074A(43)申请公布日2022.01.04(21)申请号202111313435.8(22)申请日2021.11.08(71)申请人西湖大学地址310000浙江省杭州市西湖区转塘街道石龙山街18号(72)发明人师恩政郭芸帆李白泥曹安源(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人贾玉霞(51)Int.Cl.C01B32/168(2017.01)权利要求书2页说明书7页附图7页(54)发明名称水平超定向碳纳米管束阵列及其软锁抽丝制备方法(57)摘要本发明公开了一种水平超定向碳纳米管束阵列及其软锁抽丝制备方法，该方法包括如下步骤：将单壁碳纳米管网络薄膜转移在目标衬底上，将软膜用挥发性溶剂浸湿，然后将浸湿后的软膜包裹刚性定向装置，并将其与单壁碳纳米管网络薄膜接触，向刚性定向装置施加外力，使刚性定向装置压紧单壁碳纳米管网络薄膜，再沿着目标方向移动刚性定向装置，使单壁碳纳米管从网络薄膜中拉伸抽出，从而在目标衬底上形成定向碳纳米管束阵列。该制备方法不使用表面活性剂，对碳纳米管无损，定向后对碳纳米管有去除表面污染的作用，制备得到的碳纳米管束阵列紧密定向排列，具有高定向准度、高堆积密度和高电流承载力，可应用于纳米电子器件等领域。CN113880074ACN113880074A权利要求书1/2页1.一种通过软锁抽丝制备水平超定向碳纳米管束阵列的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：将单壁碳纳米管网络薄膜转移在目标衬底上；步骤二：取软膜，用挥发性溶剂浸湿，然后将浸湿后的软膜包裹刚性定向装置，并将软膜包裹后的刚性定向装置与单壁碳纳米管网络薄膜接触；步骤三：向所述刚性定向装置施加外力，使所述刚性定向装置压紧单壁碳纳米管网络薄膜；再沿着目标方向移动刚性定向装置，使单壁碳纳米管从网络薄膜中拉伸，从而在目标衬底上形成定向碳纳米管束阵列；所述软膜微观上具有10nm～1μm尺度孔隙，材质与所述挥发性溶剂不互溶，且在挥发性溶剂浸润后具有柔性。2.根据权利要求1所述的通过软锁抽丝制备水平超定向碳纳米管束阵列的方法，其特征在于，所述刚性定向装置为刚性刀片；所述刚性定向装置与软膜的压紧面沿刚性定向装置移动的方向的宽度为1～100μm。3.根据权利要求1所述的通过软锁抽丝制备水平超定向碳纳米管束阵列的方法，其特征在于，所述软膜为尼龙过滤膜。4.根据权利要求1所述的通过软锁抽丝制备水平超定向碳纳米管束阵列的方法，其特征在于，所述挥发性溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇和丙酮中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的通过软锁抽丝制备水平超定向碳纳米管束阵列的方法，其特征在于，所述目标衬底为抛光的SiO2/Si、硅片、蓝宝石、玻璃和粗糙的SiO2/Si衬底。6.根据权利要求5所述的通过软锁抽丝制备水平超定向碳纳米管束阵列的方法，其特征在于，所述目标衬底带有微沟槽，最终得到悬浮的水平超定向碳纳米管束阵列。7.根据权利要求6所述的通过软锁抽丝制备水平超定向碳纳米管束阵列的方法，其特征在于，通过增加尼龙过滤膜上的挥发性溶剂的量，使得在带有微沟槽的目标衬底上聚集的碳纳米管束的宽度更宽。8.根据权利要求1所述的通过软锁抽丝制备水平超定向碳纳米管束阵列的方法，其特征在于，所述单壁碳纳米管网络薄膜通过如下任意一种方式得到：方式一：通过化学气相沉积法在大气压下，以二茂铁/二甲苯/硫为前驱体，将金属箔放置在石英管的下游收集碳纳米管网络；充入氩气作为载气，流量为10～50sccm，维持体系温度在1050～1160℃，将质量浓度比为45:1的二茂铁和硫组成的二甲苯前驱体溶液以3～10μL/min的速率注入下游，同时载气换为氩气/氢气混合气,气体流量为1000～2000sccm；生长的时间为5～60分钟，碳纳米管网膜厚度可控，根据需要决定生长时间；将生长完成的碳纳米管网络薄膜直接从金属箔上剥离；方式二：将单壁碳纳米管片段或手性为(6,5)碳纳米管富集的单壁碳纳米管粉末均匀分散在挥发性溶剂中，吸取混合溶液滴加在目标衬底上，待挥发性溶剂挥发后，形成单壁碳纳米管网络薄膜；方式三：将单壁碳纳米管片段或(6,5)富集单壁碳纳米管粉末均匀分散在氯磺酸中，吸取碳纳米管分散液滴加在平整衬底上，使用另外一片平整衬底均匀按压，便可在两片衬底之间形成厚度均匀的单壁碳纳米管网络薄膜。2CN113880074A权利要求书2/2页9.根据权利要求1所述的通过软锁抽丝制备水平超定向碳纳米管束阵列的方法，其特征在于，(1)在已制备好的水平定向碳纳米管束阵列上旋转涂覆一层PMMA，并通过加热目标衬底使PMMA凝固，从而在目标衬底上形成PMMA/CNT层；(2)将带有PMMA/CNT的目标衬底浸入浓度为0.5～2mol/L的氢