[发明专利]一种柔性薄层碳覆盖碳纳米管垂直阵列的制备方法

说明书

本发明涉及柔性碳纳米管垂直阵列的制备领域，具体为一种柔性薄层碳覆盖碳纳米管垂直阵列的制备方法。首先在基底表面等离子沉积一薄层碳，然后采用等离子增强化学气相沉积法生长碳纳米管，从而获得薄层碳覆盖碳纳米管垂直阵列的复合结构，处于顶部的薄层碳把垂直阵列中的碳纳米管相互连接起来，保证阵列中所有碳纳米管均参加热传递。随后将垂直阵列简单按压，将垂直阵列从基底上撕下来，从而得到自支撑的柔性碳纳米管垂直阵列。所制备的自支撑碳纳米管垂直阵列具有优异的导热性能、良好的可弯折特性、强的粘附力，在柔性热界面材料和柔性储能领域有着良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及柔性碳纳米管垂直阵列的制备领域，具体为一种柔性薄层碳覆盖碳纳米管垂直阵列的制备方法。

背景技术

碳纳米管垂直阵列由垂直于基底平行排列的碳纳米管组成，阵列可具有高达1.5×10¹³的面密度，高密度的轴向导热通道使其成为一种完美的宏观导热结构。相对于传统热界面材料而言，碳纳米管垂直阵列具有高导热、可压缩、热导率各向异性、径向面内低热膨胀系数、轻质、抗老化、抗氧化等突出优点，因而可望成为新一代柔性、高性能、低成本的热界面材料。

碳纳米管垂直阵列作为热界面材料已被广泛研究，并取得了一定进展。(文献1，Yang DJ,Zhang Q,Chen G,Yoon SF,Ahn J,Wang SG,Zhou Q,Wang Q,Li JQ,thermoplastic polyurethane,Phycical Review B,2002,66(165400)；文献2,Panzer MA,Zhang G,Mann D,Hu X,Pop E,Dai H,Goodson KE,Thermal Properties of Metal-CoatedVertically Aligned Single-Wall Nanotube Arrays,Journal of Heat Transfer,2008,130(052401))目前所报道的碳纳米管垂直阵列的导热性能远低于单根碳纳米管热导率的理论值。这主要是由于碳纳米管与导热元件间的接触热阻大，同时由于碳纳米管的生长速率不一致以及大的长径比会导致部分碳纳米管头部弯曲从而导致表面不平整，因不能与导热元件充分接触而无法参与热传导。为了降低碳纳米管垂直阵列与导热元件间的接触热阻，研究者发展了多种方法，主要包括化学分子耦合以及焊料焊接等。但是这两种方法过程繁琐，同时会对碳纳米管造成一定的破坏。(文献3，Kaur S,Raravikar N,Helms BA,Prasher R,Ogletree DF,Enhanced thermal transport at covalently functionalizedcarbon nanotube array interfaces，Nature Communications,2014，5(3082))；文献4，Yao YG,Tey JN,Li Z,Wei J,Bennett K,Namara AM,Joshi Y,Tan RLS,Ling SNM,WongCP,High-Quality Vertically Aligned Carbon Nanotubes for Applications asThermal Interface Materials,Ieee transactions on components,packaging andmanufacturing technology,2014,2(4):232-239)。