专利名称：碳纳米管膜的生长装置及方法
技术领域：
本发明是关于一种纳米材料制备技术，特别涉及一种碳纳米管膜的生长装置，以及利用该装置生长碳纳米管膜的方法。
背景技术：
随着纳米技术的日益普及，纳米材料在宏观领域的应用将具有广阔的发展前景，因此，大面积碳纳米管膜的制备技术将会成为国际、国内科技学界倍受关注的目标之一。
碳纳米管膜是一种较为熟知的纳米材料，其是一种由很多碳纳米管连续排列而形成的膜状结构。碳纳米管膜在导热、导电、抗静电薄膜、电磁屏蔽、超级电容器、阻燃、催化电极、应变规、传感器、平面显示等等多方面有广阔的应用前景。在将来的实际应用中，会遇到需要更大面积碳纳米管膜的情况，目前碳纳米管膜大多用化学气相沉积法在基片上形成，所用基片通常为平面型，而实际生长中，由于受生长室尺寸的限制，碳纳米管膜的面积不能做得很大。
因此，为解决上述问题，有必要提供一种可实现大面积生长碳纳米管膜的技术。
发明内容
以下，将以实施例说明一种碳纳米管膜的生长装置及方法，其可实现碳纳米管膜的大面积制备。
一种碳纳米管膜的生长装置，其包括一反应室，一基底设置于该反应室内，该基底呈弯曲状设置于反应室内。
一种碳纳米管膜的生长方法，其包括以下步骤提供一弯曲状基底，并在该基底的至少一表面上沉积一催化剂层；将该沉积有催化剂层的基底放置于一反应室内；向该反应室内通入保护气体，使该反应室保持一预定气压；加热反应室至一预定温度；向反应室内通入碳源气体，一预定时间后，在基底上得到一层碳纳米管膜。
本技术方案所提供的碳纳米管膜的生长装置及方法，与现有技术相比，采用弯曲状基底作为碳纳米管膜生长的载体，使得一定容量空间的反应室内可容纳更大面积的基底，从而实现碳纳米管膜在较小反应室内的大面积生长，这样可降低大面积的制备碳纳米管膜所需设备的成本。
图1是本技术方案第一实施例碳纳米管膜的生长装置示意图。
图2是图1沿II-II方向的截面示意图。
图3是本技术方案第二实施碳纳米管膜的生长装置示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及多个实施例对碳纳米管膜的生长装置及方法作进一步详细说明。
如图1所示，本技术方案第一实施例提供一种用来制备碳纳米管膜的装置100，其包括一反应室110，一基底120及一支撑体130，该基底120通过支撑体130固定于反应室110内部。该反应室110具有一进气口111及一出气口112。
反应室110由化学性质稳定、耐高温的材料制成，如石英、陶瓷、不锈钢等。另外，该反应室110为管状体，其横截面可为圆形、椭圆形、三角形、四边形，或者其它规则或不规则多边形。
基底120可采用多孔材质如多孔二氧化硅或多孔氧化铝，也可采用金属材质如不锈钢或镍。基底120通常可为平面体或曲面体，由于在一定容量空间的反应室1 10内，将基底120设置为弯曲状，该反应室110可放置更大面积的基底120用于生长碳纳米管薄膜，因此，本技术方案中基底120设置为弯曲状作为生长碳纳米管膜的载体。弯曲状基底120具体可为螺旋体或筒状体。这里的筒状体不是绝对意义上的，而是由一片矩形基底120沿一矩形边卷绕形成的，其可设置为完全封口或不完全封口，这两种情况下的基底120均近似为筒状，为方便描述，将这两种情况下的基底120统称为筒状体。筒状基底120的横截面可为未封口的圆形、椭圆形、规则或不规则多边形。当反应室110为管状体时，该螺旋状或筒状基底120可沿管状反应室110的轴向设置，也可沿管状反应室110的径向设置。
本实施例中，反应室110采用横截面为圆形的管状体，材质选用石英。基底120为螺旋体，其由一长条形平面基片按照预定标准螺旋设置而成，该螺旋状基底120由多孔氧化铝制成。螺旋状基底120设置在反应室110内部，且沿反应室110轴向排布，如图2所示。结合该第一实施例的装置100，以制备取向碳纳米管膜为例，具体说明利用装置100大面积生长碳纳米管膜的方法。取向碳纳米管膜是一种碳纳米管自组装有序阵列复合结构，该结构中各碳纳米管间分立有序、均匀一致的进行排列。取向碳纳米管膜广泛的应用于导热、导电、抗静电薄膜、电磁屏蔽、超级电容器、阻燃、催化电极、应变规、传感器、平面显示等等多方面有广阔的应用前景。这里所谓的大面积生长是指制得的碳纳米管膜的面积可实现宏观领域的大量应用。
利用装置100大面积生长取向碳纳米管膜的方法包括下列步骤首先，在螺旋状基底120的一表面上形成一层催化剂层，如果需要在基底120的两表面上生长取向碳纳米管膜，则要在两表面上各形成一层催化剂层。催化剂层材料选用铁，也可选用钴、镍或者由铁、钴、镍三种金属任意组合所形成的合金材料。催化剂层的形成方法可采用电子束沉积、蒸镀、溅射等方法来完成。
其次，将该形成有催化剂层的基底120放置在反应室110内，最好将基底120沿反应室110管体的轴线进行排布，这样从进气口111进入反应室110内的碳源气流不会被螺旋状基底120所阻挡，从而可得到沿反应室110轴线方向高度取向的取向碳纳米管膜。
再次，从进气口111向反应室110内通入保护气体，并使该反应室110内保持一预定气压，加热反应室110至一预定温度。保护气体采用氩气，也可为氮气或其它不与后续通入的碳源气体发生反应的气体。反应室110内的气压、反应室110的温度均可根据所要生长的垂直取向碳纳米管膜的要求而进行设定、控制。
最后，从进气口111向反应室110内通入碳源气体，一预定时间后，在基底120上得到一层取向碳纳米管膜。碳源气体为乙烯，也可为甲烷、乙烷、乙炔或其它气态烃类。
本实施例中，反应室110温度为500～700摄氏度，碳源气体乙烯以1000sccm(Standard Cubic Centimeters Minute)的流速通入反应室110中，反应时间为1～2个小时。
上述大面积生长取向碳纳米管膜的方法，优选地，将反应室110抽真空，然后将碳源气体和保护气体以预定体积比混合的混合气体以一定的流速从进气口111通入反应室110内，并同时将该混合气体以相同的流速从出气口112输出反应室110，这样可保持碳源气体在反应室110内处于流动状态，反应室110内参加反应的碳源气体会得到及时的更新以使其浓度基本维持不变，从而可得到高品质的取向碳纳米管膜。
本技术方案第二实施例提供用来制备取向碳纳米管膜的另一种装置200，装置200与第一实施例的装置100基本相同，除基底的结构之外。如图3所示，装置200包括反应室210及基底220。反应室210结构和材质与第一实施例中反应室110的结构和材质相同，即，反应室210采用横截面为圆形的管状体，材质选用石英。基底220是横截面为五角星形的筒状体，材质为多孔氧化铝。基底220的可沿管状反应室210的轴向设置，也可沿管状反应室210的径向设置，本实施例中，基底220沿反应室210轴向排布，并且基底220与管状反应室110同轴设置，这样进入反应室210内的碳源气流不会被基底220所阻挡，从而可得到沿反应室210轴线方向高度取向的取向碳纳米管膜。
本技术方案所提供的碳纳米管膜的生长技术，与现有技术相比，采用弯曲状基底作为碳纳米管膜生长的载体，使得一定容量空间的反应室内可容纳更大面积的基底，从而实现碳纳米管膜在较小反应室内的大面积生长，且可降低大面积的制备碳纳米管膜所需设备的成本。
权利要求
1.一种碳纳米管膜的生长装置，其包括一反应室，一基底设置于该反应室内，其特征在于，该基底呈弯曲状设置于反应室内。
2.如权利要求1所述的碳纳米管膜的生长装置，其特征在于，该反应室为管状体。
3.如权利要求2所述的碳纳米管膜的生长装置，其特征在于，该基底为螺旋体或筒状体。
4.如权利要求3所述的碳纳米管膜的生长装置，其特征在于，该螺旋状基底沿反应室轴向设置。
5.如权利要求3所述的碳纳米管膜的生长装置，其特征在于，该螺旋状基底沿反应室径向设置。
6.如权利要求3所述的碳纳米管膜的生长装置，其特征在于，该筒状基底与反应室同轴心设置。
7.如权利要求6所述的碳纳米管膜的生长装置，其特征在于，该筒状基底的横截面为圆形、椭圆形或多边形。
8.一种碳纳米管膜的生长方法，其包括以下步骤提供一弯曲状基底，并在该基底的至少一表面上沉积一催化剂层；将该沉积有催化剂层的基底设置在一反应室内；向该反应室内通入保护气体，使该反应室保持一预定气压；加热基底至一预定温度；向反应室内通入碳源气体，一预定时间后，在基底上得到一层碳纳米管膜。
9.如权利要求8所述的碳纳米管膜的生长方法，其特征在于，该弯曲状基底为螺旋体或筒状体。
10.如权利要求9所述的碳纳米管膜的生长方法，其特征在于，该筒状基底的横截面为圆形、椭圆形或多边形。
全文摘要
本发明涉及一种碳纳米管膜的生长装置，其包括一反应室及一基底，该基底呈弯曲状设置于反应室内。本发明同时提供一种利用上述装置生长碳纳米管膜的方法。本发明所提供的碳纳米管膜的生长技术，与现有技术相比，采用弯曲状基底作为碳纳米管膜生长的载体，使得一定容量空间的反应室内可容纳更大面积的基底，从而实现碳纳米管膜在较小反应室内的大面积生长，这样可降低大面积的制备碳纳米管膜所需设备的成本。
文档编号B82B3/00GK101092234SQ200610061239
公开日2007年12月26日 申请日期2006年6月21日 优先权日2006年6月21日
发明者刘长洪, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司