[发明专利]一种碳纳米管宏观膜无损分离的方法

说明书

一种碳纳米管宏观膜无损分离的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明采用喷洒液体物质降低碳纳米管宏观连续体表面自由能，从而使其容易吸附收缩；由于喷洒的液体占据了基底表面的空隙，基底与碳纳米管宏观膜形成了喷洒液体/碳纳米管宏观膜和喷洒液体/基底两个液‑固界面，使得约束的碳纳米管宏观连续体在大气压力下牢固的吸附于基底；而当喷洒液完全挥发后，喷洒的低表面自由能液体占据的空隙再一次被空气占据，从而抵消了碳纳米管宏观膜上面的大气压力，使碳纳米管宏观膜与基底间的约束力消失，进而使其容易从基底无损伤剥离。本发明所用的基底成分简单，成本低廉，对环境无污染，基底可以多次反复利用，降低了生产的成本，提高了生产效率。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料制备技术领域内碳纳米管宏观膜与基底间分离的方法，达到碳纳米管宏观膜与基底间无损分离的目的。

背景技术

自碳纳米管发现以来，由于其独特的一维管状结构（碳六元环卷曲而成封闭的管状结构、高长径比等）使其表现了优异的力学、电学、热力学和光学等性能。碳纳米管宏观膜作为碳纳米管材料主要的宏观几何形态之一，继承了碳纳米管的优异性能，常被应用于场发射晶体管、膜传感器、高性能锂离子电池、超黑材料和电磁屏蔽等方面。然而要实现碳纳米管宏观膜在这些方面的应用，大规模批量制备碳纳米管宏观膜是实现其上述应用的前提。

经对现有技术的文献检索发现，真空抽滤法和化学气相沉积法是目前制备碳纳米管宏观膜使用得最为广泛的方法。I. Mustafa等在《ElectrochimicaActa》2017年第230期第222-235页的《Fabrication of Freestanding Sheets of Multiwalled CarbonNanotubes (Buckypapers) for Vanadium Redox Flow Batteries and Effects ofFabrication Variables on Electrochemical Performance》一文中提到了制备碳纳米管宏观膜的方法，文中采用真空抽滤法通过分散剂将碳纳米管超声分散制备成碳纳米管分散液，然后将分散液抽滤得到碳纳米管宏观膜。该法操作简单、成膜速率高，但在制备碳纳米管分散液时耗时长，效率较低，同时膜厚度不易控制，使得其力学性能不佳、导电性能不好，难以实现规模化连续生产。R.Smajda等在《Carbon》2007年第45期1176到1184页的《Structure and gas permeability of multi-wall carbonnanotube buckypapers》一文中采用化学气相沉积法制备了厚度约为10μm的碳纳米管宏观膜，在分离碳纳米管膜时，需要采用NaOH和HCl将基底腐蚀，过程较为复杂，不利于大批量生产。W. Wu等在《NanoLetters》2016年第16期第946页的《High-Strength Carbon Nanotube Film fromImproving Alignmentand Densification》一文中提到了铝箔为基底，以碳纳米管宏观连续体为基元，组装了大面积的碳纳米管宏观膜，该法具有方法简单、制备效率快，容易实现规模化生产的优点。然而由于形成的碳纳米管宏观膜与基底铝箔间有很强的结合力，使其从基底上剥离较为困难，将所得膜从基底剥离后，大量碳纳米管残留在基底，使剥离后所得碳纳米宏观膜厚度不均，影响后续使用。

以上方法中以碳纳米管宏观连续体为基元，以基底为模板无疑是目前大规模制备碳纳米管宏观膜的最有效的方法之一。然而从基底上无损分离碳纳米管宏观膜是实现其现实应用的前提。

发明内容