[发明专利]一种在片状材料表面制备小直径碳纳米管阵列的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管阵列制备的方法，特别涉及在片状材料表面制备小直径碳纳米管阵列的方法，属于新型材料及其制备技术领域。

背景技术

碳纳米管(CNT)的一维管状结构带来了优异的力学、电学、热学、光学、声学性质。其优异的性能和广泛的应用引起了各国学者和工程师的高度重视。碳纳米管之间缠绕形成一定的聚团结构。如果碳纳米管相互无序缠绕，则形成碳纳米管聚团；如果碳纳米管有序排列，则形成碳纳米管阵列(魏飞等，新型炭材料，2007，22(3)：271-282)。目前碳纳米管已经在复合材料、锂离子电池、超级电容器、体育器材、抗静电材料、吸波材料等领域取得了实际的应用，并将在纳米电子器件、多相催化、能量转换、环境保护、高性能复合材料等领域拓展潜在应用。

随着应用研究开发的深入，碳纳米管的团聚结构是一个关键因素。对于相互缠绕的碳纳米管聚团，由于碳纳米管相互无序缠绕，其分散性能有限，难以发挥出碳纳米管材料的优异性能。但是如果将碳纳米管做成有取向的阵列结构，就会带来很多新奇的应用。例如原生的阵列可以直接作为场发射器件，各向异性导电材料、纳米刷、传感器、超级弹簧等诸多功能材料(Cao A Y，et al.Science，2005，310(5752)：1307-1310；Cao A Y，et al.Nature Materials，2005，4(7)：540-545)；部分超顺排阵列可以抽丝、抽膜，获得性能极为优异的CNT纤维或薄膜，制成偏光片、扬声器、场发射器件、超强纤维、灯丝、发热体等(Jiang K L，et al.Nature，2002，419(6909)：801；Zhang M，et al.Science，2005，309(5738)：1215-1219；Zhang X F et al.Small，2007，3(2)：244-248；Li QW，et al.Advanced Materials 2006；18(23)：3160-3165.姜开利等，专利公开号：CN1483667；魏飞等，专利公开号：CN1884058-A；WO2008000163-A1；CN101483123-A；CN101464759-A；CN101459019-A)；即使破坏阵列中的CNTs排列，将其单分散后应用于导电、导热、增强复合材料领域，仍然具有比团聚的CNTs具有更低的渗流阈值，体现出更为优异的性能(Moisala A，et al.Composite Science and Technology，2006，66(10)：1285-1288.魏飞等，专利公开号：CN1884058)。

值得注意的是不同直径的碳纳米管性能存在较大差异。随着碳纳米管直径变小，碳纳米管的比表面积变大，强度变高，缺陷密度降低，长径比变大(相同长度)，所以当其作为复合材料填料时，小直径碳纳米管能够体现更为优异的性能(在相同添加量下，小直径碳纳米管填入的复合材料性能更好)；如果制备场发射器件，小直径碳纳米管容易获得更细的尖端，从而提高场发射器件的性能。