[发明专利]具有碳纳米管成长于其上的碳纤维基板及其制造方法

说明书

相关申请的交互参照

本申请基于35U.S.C.119主张在2010年9月22日所申请之美国临时申请案序号61/385,532的优先权，其通过引用形式而整体并入本文。本申请也与2009年11月2日申请的美国专利申请序号12/611,101号有关，其也通过引用形式而整体并入本文。

关于联邦资助研究或发展的声明

不适用。

本发明的领域

本发明一般涉及碳纳米管，且更具体地，涉及碳纳米管成长。

背景

碳纳米管因其大的有效表面积、机械强度、以及导热性与导电性而被提出在许多应用中都有其实用性。这些应用中有许多都是特别适合于成长在碳纤维基板上的碳纳米管。当成长于碳纤维基板上时，碳纤维基板的特性可通过碳纳米管而提升。例如，当碳纳米管成长于其上时，碳纤维基板的机械强度可被提升，且碳纤维基板可变为具导电性。

为合成碳纳米管，一般需要触媒来调和碳纳米管成长。最通常的情况，触媒为金属纳米粒子，特别是零价过渡金属纳米粒子。本领域中现有数种合成碳纳米管的方法，包括：例如微腔式、热或电浆增强之化学气相沉积（CVD）技术、雷射烧灼、电弧放电、火焰合成以及高压一氧化碳（HiPCO）技术。一般而言，这类用于合成碳纳米管的方法包含在适合碳纳米管成长的条件下产生反应性的气相碳物种。

碳纳米管在固体基板上的合成可使用许多这种技术来实施。然而，在所述领域中要在碳纤维基板上成长碳纳米管是非常困难的。对于此努力的一项主要阻碍为要在金属纳米粒子前驱物中溶解足够大量的反应性气相碳物种以支持碳纳米管成长的困难性。不同于其它类型的基板（例如金属、玻璃等），碳纤维基板与反应性气相碳物种都是由碳组成的，这大幅增加了其彼此之间的交互作用，并且使得反应性气相碳物种较不能溶解于金属纳米粒子中而促进碳纳米管成长。此外，在金属纳米粒子与碳纤维基板之间不需要的交互作用会进一步限制反应性气相碳物种扩散至金属纳米粒子中的能力，进而妨碍碳纳米管成长。

鉴于前述，在所述领域中用于在碳纤维基板上成长碳纳米管的可靠方法是有利益的。本发明满足了此需求，同时也提供了相关优点。

发明内容

根据本发明的具体实施例，本文所述的碳纳米管成长方法包括：于碳纤维基板上沉积触媒前驱物；于所述碳纤维基板上沉积非触媒材料；以及在沉积所述触媒前驱物与所述非触媒材料之后，使所述碳纤维基板暴露于碳纳米管成长条件，以于所述碳纤维基板上成长碳纳米管。碳纳米管成长条件使所述触媒前驱物转化为一种可运作用于成长碳纳米管的触媒。

根据本发明的具体实施例，本文所述的碳纳米管成长方法包含在碳纤维基板上沉积触媒前驱物，所述碳纤维基板不含上浆剂；于所述碳纤维基板上沉积非触媒材料；在沉积所述触媒前驱物与所述非触媒材料之后，使所述碳纤维基板暴露于碳纳米管成长条件，以于碳纤维基板上成长碳纳米管；以及在所述碳纳米管正在成长时运送所述碳纤维基板。所述非触媒材料是在所述触媒前驱物之前、之后或与其同时沉积。碳纳米管成长条件系使所述触媒前驱物转化为一种可运作用于成长碳纳米管的触媒。

根据本发明的具体实施例，本文所述的碳纳米管成长方法包含：提供碳纤维基板，所述碳纤维基板为不含上浆剂且具有沉积于其上的阻障涂层；于所述阻障涂层上沉积触媒前驱物；在沉积所述触媒前驱物之后，使所述碳纤维基板暴露于碳纳米管成长条件，以于所述碳纤维基板上成长碳纳米管；以及在所述碳纳米管正在成长时运送所述碳纤维基板。所述阻障涂层是选自由烷氧基硅烷、烷基硅氧、铝氧烷、铝纳米粒子、旋涂玻璃、玻璃纳米粒子及其组合所组成的组；所述碳纳米管成长条件使所述触媒前驱物转化为一种可运作用于成长碳纳米管的触媒。

根据本发明的具体实施例，本文说明了一种具有成长于其上的碳纳米管的碳纤维基板，所述碳纳米管是由本发明的碳纳米管成长方法制备而成。

前文已经相当广泛地概述了本发明的技术特征，为了可以更好地理解，下文将详细描述。本发明的附加特征和优点将在下文中给予描述，这构成了所述权利要求的主题。

附图说明

为了更完整理解本发明及其优点，现将结合附图对本发明具体实施例进行详细描述作为参考，其中：