专利名称：碳纳米管膜及基于该碳纳米管膜的复合膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜，尤其涉及一种碳纳米管膜及基于该碳纳米管膜的复合膜。
背景技术：
从首次发现碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)以来，以碳纳米管为代表的纳米 材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材 料研究的不断深入，其广阔应用前景不断显现出来(“Carbon Nanotube-the Route to Applications”，Ray H. Baughman，et al. Science297，787 (2002))。由于碳纳米管所具有的 独特的电磁学、光学、力学、化学性能等，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材 料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。碳纳米管膜(Carbon Nanotube Film，CNT Film)为碳纳米管实际应用的具体形式 之一，由于碳纳米管具有优异的导电性能，碳纳米管膜可以应用于透明导电薄膜。现有技术 中，碳纳米管膜的制备除可通过直接生长法获得以外，还可通过碳纳米管粉末获得碳纳米 管膜。例如溶剂点滴干燥法、L-B膜法、印刷法、电泳法，以及滤膜法等。现有技术中，碳纳 米管膜还可以通过从碳纳米管阵列中直接拉取的方法获得。然而，上述碳纳米管膜的制备方法得到的碳纳米管膜中，碳纳米管的分布不均勻， 在各个方向上都有分布，使得该碳纳米管膜在各个方向的电阻基本均勻，具有电阻的各向 同性特性；并且多个碳纳米管相互缠绕形成大直径的碳纳米管束，在应用中，由于这些大直 径的碳纳米管束的形成了良好的导电通道，该碳纳米管膜的方块电阻比较低。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种具有电阻各向异性性质以及方块电阻比较高的碳纳 米管膜。一种碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个每一碳纳米管膜包括多个基本相互平行 且基本平行于碳纳米管膜表面排列的碳纳米管，该碳纳米管膜的具有电阻各向异性，其在 垂直于碳纳米管排列方向上的方块电阻为兆欧级。—种碳纳米管复合膜，该碳纳米管复合膜包括一高分子基体以及设置于高分子基 体中的碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个每一碳纳米管膜包括多个基本相互平行且基本 平行于碳纳米管膜表面排列的碳纳米管，该碳纳米管膜的具有电阻各向异性，其在垂直于 碳纳米管排列方向上的方块电阻为兆欧级。相较于现有技术，由于所述碳纳米管膜中的碳纳米管基本相互平行排列，由于碳 纳米管具有非常好的电阻各向异性，碳纳米管在轴向上具有较好的导电性，在垂直于轴向 的方向上具有非常大的电阻，使得该碳纳米管膜具有非常好的电阻各向异性，并且该碳纳 米管膜中的大直径的碳纳米管束的数量较少，从而该碳纳米管膜在垂直于碳纳米管排列方 向上具有较大的电阻，该碳纳米管膜在垂直于碳纳米管排列方向上的方块电阻为兆欧级。
图1是本发明实施例制备碳纳米1f膜方法的示意图。
图2是本发明实施例采用移动基底制备碳纳米管膜方法的示意图。
图3为本发明实施例获得的未经过激光处理的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
图4是本发明实施例固定激光装置制备碳纳米管膜方法的示意图。
图5为本发明实施例获得的经过激光处理后的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
图6为本发明实施例获得的从等离子体处理后的碳纳米管阵列中拉出的碳纳米管膜的扫描电镜照片。
主要元件符号说明
拉伸工具100
样品台110
基底114
碳纳米管阵列116
碳纳米管膜118
第一载物台120
第一基条124
第二载物台130
第二基条134
激光装置140
激光器142
激光扫描区144
可移动基底160
具体实施例方式
本发明提供一种碳纳米管膜或者基于该碳纳米管膜基础上制成的碳纳米管复合 膜。该碳纳米管膜包括多个基本相互平行且基本平行于碳纳米管膜表面排列的碳纳米管。 具体地，所述碳纳米管膜包括多个通过范德华力首尾相连且基本沿同一方向择优取向排 列。所述碳纳米管膜为可通过从碳纳米管阵列中直接拉取获得，为一自支撑结构。所谓“自 支撑结构”即该碳纳米管膜无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。由于该自支 撑结构的碳纳米管膜中碳纳米管通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管膜具有特定的形 状，形成一自支撑结构。该碳纳米管膜中碳纳米管均沿同一方向定向排列，由于碳纳米管具 有导电各向异性(碳纳米管的导电各向异性是指碳纳米管在其轴向上具有极高的导电性， 在垂直于其轴向的方向具有非常小的导电性)，使得该碳纳米管膜也具有导电各向异性，从 而该碳纳米管膜或者碳纳米管复合膜具有电阻各向异性。所述的碳纳米管膜是由超顺排碳 纳米管阵列中拉取获得的碳纳米管膜处理后获得。由超顺排碳纳米管阵列中直接拉出的碳 纳米管膜中的定向排列的碳纳米管相互结合形成碳纳米管束，由于该碳纳米管膜的厚度以 及密度相对较大，因此需要采用激光处理将该直接由超顺排碳纳米管阵列中拉取获得的碳 纳米管膜中较大的碳纳米管束除去，从而获得密度较小，碳纳米管之间间隙较大的碳纳米 管膜。该碳纳米管膜的方块电阻(定义为正方形的导体薄层，在电流方向所呈现的电阻为方块电阻)比较大。该碳纳米管膜在碳纳米管的排列方向上的方块电阻可以达到几千欧 姆，在垂直于碳纳米管排列的方向上的方块电阻可以达到几兆欧姆。另外，上述碳纳米管膜还可以采用直接处理超顺排碳纳米管阵列之后，再由处理 后的碳纳米管阵列中直接拉取获得。采用等离子处理超顺排碳纳米管阵列，该碳纳米管阵 列的厚度减薄，碳纳米管阵列中每一根碳纳米管的高度变短。从而在处理后的碳纳米管阵 列的基础上，直接拉取出的碳纳米管膜中相邻的碳纳米管之间的间隙较大，从而获得的碳 纳米管膜具有较高的方块电阻。由于碳纳米管膜是直接从碳纳米管阵列拉取获得，碳纳米 管膜中的碳纳米管仍然具有基本相同的排列方向。本发明提供的碳纳米管复合膜是在碳纳米管膜的基础上与高分子材料复合而成 的，该碳纳米管复合膜中的碳纳米管具有相同的排列方向。可以通过将本发明中的碳纳米 管膜直接铺设于液态的高分子基体表面，使碳纳米管膜与高分子基体复合。也可以先从碳 纳米管阵列拉出碳纳米管膜，再将该碳纳米管膜铺设于高分子基体表面后，再用激光对其 进行处理，将碳纳米管膜中的碳纳米管束去除，从而获得具有兆欧级方块电阻的碳纳米管 复合膜。所述高分子材料可以为聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸 乙二醇酯(PET)、聚醚砜(PES)、聚亚酰胺(PI)、纤维素酯(SE)、苯并环丁烯(BCB)、聚氯乙 烯(PVC)及丙烯酸树脂等材料中的一种或几种。该碳纳米管复合膜包括一碳纳米管膜复 合在高分子材料基体中，由于该碳纳米管膜在垂直于碳纳米管排列的方向上电阻能达到兆 欧级，因此该碳纳米管复合膜在垂直于碳纳米管排列的方向上的方块电阻可以达到几兆欧 姆。本发明提供的兆欧级碳纳米管膜或碳纳米管复合膜，其还具有较高的透光度，可 以大于95%。并且具有非常好的电阻各向异性，其沿碳纳米管排列方向上的电阻为1千欧 姆至5千欧姆，在垂直于碳纳米管排列方向上的电阻为1兆欧姆至5兆欧姆范围内。该碳 纳米管膜或者碳纳米管复合膜可以应用于触摸屏中的导电层，还可应用于透明电极、薄膜 晶体管中。除上述领域外，该碳纳米管膜或者碳纳米管复合膜，还可以用于防静电薄膜。以下将结合附图详细说明本发明实施例碳纳米管膜的制备方法。采用激光处理的方法制备具有兆欧级方块电阻的碳纳米管膜的方法请参阅图1及图2，本发明实施例提供一种透明碳纳米管膜的制备方法，其包括以 下步骤步骤一制备一碳纳米管膜，本发明实施例以拉膜法制备一碳纳米管膜的方法具 体包括以下步骤(一 )制备一碳纳米管阵列116于一基底114上。本实施例中，所述碳纳米管阵列116为一超顺排碳纳米管阵列，该超顺排碳纳米 管阵列116的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括(a)提供一平整基底114， 该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅基底，本实施例优选为采用4英 寸的硅基底；(b)在基底114表面均勻形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴 (Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一 ；(c)将上述形成有催化剂层的基底114在700 900°C的空气中退火约30分钟 90分钟；(d)将处理过的基底114置于反应炉中，在保护 气体环境下加热到500 740V，然后通入碳源气体反应约5 30分钟，生长得到超顺排碳 纳米管阵列，其高度为200微米 400微米。该超顺排碳纳米管阵列116为多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。通过上述控制生长条件，该超顺排 碳纳米管阵列116中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。该碳纳米 管阵列116中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。本实施例中碳源气可选用 乙炔等化学性质较活泼的碳氢化合物，保护气体可选用氮气、氨气或惰性气体。本实施例中，上述形成有碳纳米管阵列116的基底114可固定于样品台110上。具 体地可以选用胶带、粘结剂或机械方式固定基底114于样品台110上。( 二)采用一拉伸工具100从碳纳米管阵列116中拉取获得一碳纳米管膜118。所述拉取获得碳纳米管膜118的方法具体包括以下步骤从上述碳纳米管阵列 116中选定一定宽度的多个碳纳米管片断，将该多个碳纳米管片段固定于拉伸工具100上， 本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带接触碳纳米管阵列116以选定一定宽度的多个 碳纳米管片断；以一定速度沿基本垂直于碳纳米管阵列116生长方向拉伸该多个碳纳米管 片断，以形成一连续的碳纳米管膜118。在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片断在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底 114的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片断分别与其他碳纳米管片断首尾 相连地连续地被拉出，从而形成一碳纳米管膜118。请参见图3，碳纳米管膜118为定向排 列的多个碳纳米管束首尾相连形成的具有一定宽度的碳纳米管膜118。该碳纳米管膜118 中碳纳米管的排列方向基本平行于该碳纳米管膜118的拉伸方向。在上述选定多个碳纳米 管片段并拉伸的步骤中，由于该多个碳纳米管片段的厚度很难控制，拉伸获得的碳纳米管 膜118厚度均勻性不佳，该碳纳米管膜118中具有较多大直径的碳纳米管束，从而使得拉伸 获得的该碳纳米管膜118具有较低的方块电阻。本实施例中，该碳纳米管膜118的宽度与 碳纳米管阵列116所生长的基底114的尺寸有关，该碳纳米管膜118的长度不限，可根据实 际需求制得。本实施例中采用4英寸的基底114生长超顺排碳纳米管阵列，该碳纳米管膜 118的宽度可为1厘米 10厘米，厚度为0.01微米 100微米。步骤二 以功率密度大于0. 1 X IO4瓦特/平方米的激光照射该碳纳米管膜，除去 碳纳米管膜中直径较大的碳纳米管束。步骤二可以在含氧环境中进行，优选地，步骤二在空 气环境进行。步骤二可以通过以下两种方法实现方法一固定碳纳米管膜，然后移动激光装置照射该碳纳米管膜的方法，其具体包 括以下步骤固定碳纳米管膜；提供一可移动的激光装置；以及移动该激光装置扫描该碳 纳米管膜。方法二 固定激光装置，移动碳纳米管膜使激光照射该碳纳米管膜的方法，其具体 包括以下步骤提供一固定的激光装置，该激光装置在一固定区域形成一激光扫描区；提 供一碳纳米管膜，使该碳纳米管膜以一定的速度经过该激光扫描区。本实施例中，可沿碳纳米管膜118的拉伸方向，在样品台110周围间隔设置一第一 载物台120与一第二载物台130，以及一可移动基底160。第一载物台120靠近样品台110 设置，第二载物台130远离样品台110设置，并且样品台110、第一载物台120、第二载物台 130在同一直线上。第一载物台120与第二载物台130表面分别设置有第一基条124与第 二基条134，该第一基条124与第二基条134为长方体，第一基条124与第二基条134均可 脱离第一载物台120及第二载物台130自由移动，第一基条124及第二基条134的长度大于或等于碳纳米管膜的宽度。所述第一基条124及第二基条134的材料包括金属、玻璃、橡 胶或塑料等物质，优选地，本实施例中第一基条124及第二基条134材料为金属。可移动基 底160的宽度大于等于碳纳米管膜的宽度，长度不限，可移动基底160的材料不限，可以包 括金属、玻璃、橡胶或塑料等物质，优选地，本实施例中可移动基底160的材料为金属。本实施例中，方法一具体可以通过以下方式实现首先，使用拉伸工具100从碳纳米管阵列116中拉伸获得一碳纳米管膜118，将该 碳纳米管膜118固定于第一基条124及第二基条134上，或者将该碳纳米管膜118固定于 可移动基底160表面。其次，提供一可移动的激光装置140。最后，于空气环境中，移动所述激光装置140，以一定速度扫描第一基条124与第 二基条134之间或可移动基底160表面的碳纳米管膜118。激光处理碳纳米管膜118的方法具体为取一激光装置140，在第一基条124与第 二基条134之间勻速移动该激光装置140，使该激光装置140发射的激光均勻扫描第一基条 124与第二基条134之间或可移动基底160表面的碳纳米管膜118，由于碳纳米管对激光具 有较好吸收特性，该碳纳米管膜118中具有较大直径的碳纳米管束将会吸收较多的热量， 从而被烧坏，该碳纳米管膜118中碳纳米管的密度也大幅降低，从而使得该碳纳米管膜118 的方块电阻大幅度上升，本实施例中的激光照射后的碳纳米管膜118的在垂直于碳纳米管 排列方向上的方块电阻可以达到5兆欧母。所述激光装置140包括至少一个激光器142，当该激光装置140包括一个激光器 142时，该激光装置140照射形成一个光斑，该光斑的直径为1毫米 5毫米。当该激光装置 140包括多个激光器142时，该激光装置140照射形成一个连续的激光扫描区144，该激光 扫描区144为由多个连续的激光光斑组成的条带状光斑，该条带状光斑的宽度为1毫米 5毫米，长度大于等于碳纳米管膜118的宽度。可以理解，上述激光扫描碳纳米管膜118的方法不限，只要能够均勻照射该碳纳 米管膜118即可。激光扫描可以沿平行碳纳米管膜118中碳纳米管的排列方向逐行进行， 也可以沿垂直于碳纳米管膜118中碳纳米管的排列方向逐列进行。具有固定功率、固定波 长的激光扫描碳纳米管膜118的速度越慢，碳纳米管膜118中的碳纳米管束吸收的热量越 多，对应被破坏的碳纳米管束越多，激光处理后的碳纳米管膜118的透光性越强。但是，如 果激光扫描速度太慢，碳纳米管膜118将吸收过多热量而被烧毁。本实施例中，激光的功率 密度大于0. 053 X 1012瓦特/平方米，激光光斑的直径在1毫米 5毫米范围内，激光扫描 照射时间小于1. 8秒。优选地，激光器142为二氧化碳激光器，该激光器的功率为30瓦特， 波长为10. 6微米，光斑直径为3毫米，激光装置140与碳纳米管膜118的相对运动速度小 于10毫米/秒。请参阅图4，方法二具体可以通过以下方式实现首先，在样品台110上方固定一激光装置140，并于样品台110与第一载物台120 之间形成一激光扫描区144。其中，该激光装置140包括多个激光器142，所述激光扫描区144由多个激光器 142的激光束照射的多个连续的光斑排列组成，该激光扫描区144为一条带形，该激光扫描 区域144形成于样品台110与第一载物台120之间，宽度为1毫米 5毫米，长度大于或等于该碳纳米管膜118的宽度。其次，使用拉伸工具100从碳纳米管阵列116中拉伸获得一碳纳米管膜118，在该 拉伸工具100牵引下，使该碳纳米管膜118以一定速度通过激光扫描区144，使激光扫描该 碳纳米管膜。当拉伸工具100带动该碳纳米管膜118以一定速度通过该激光扫描区144时，由 于碳纳米管对激光具有良好的吸收特性，且碳纳米管膜118中的直径较大的碳纳米管束将 会吸收更多的热量，可以通过控制该碳纳米管膜118速度通过该激光扫描区144的速度，来 控制激光照射碳纳米管膜的时间，从而控制碳纳米管膜118中碳纳米管束所吸收的能量， 使得该碳纳米管膜118中具有较大直径的碳纳米管束被恰好烧坏，激光处理后的碳纳米管 膜118仅包括较小直径的碳纳米管束，并且相邻的碳纳米管之间的间隙变大，并且该处理 后的碳纳米管膜118的厚度也会变薄。从而该处理后的碳纳米管膜118具有较小的密度， 以及较大的方块电阻，除理后的碳纳米管膜118中的相邻碳纳米管之间的间隙为500纳米 至2000纳米范围内。请参见图5，该激光处理后的碳纳米管膜118的大直径的碳纳米管束 被部分去除，从而在垂直于碳纳米管排列方向上的密度较小，因此其在垂直于碳纳米管的 排列方向上具有较高的电阻。该激光处理后的碳纳米管膜118沿碳纳米管排列方向的方块 电阻在1千欧姆至5千欧姆范围内，其在垂直于碳纳米管排列方相的方块电阻在0. 5兆欧 姆至5兆欧姆范围内，并且由于激光处理后的碳纳米管膜中的碳纳米管束的数量变少，该 碳纳米管膜的透光度也相应得到提高，可以达到95 %，从而有利于实际应用。该处理后的碳 纳米管膜118的厚度在10纳米至500纳米范围内，其在垂直于碳纳米管排列方向上的碳纳 米管的密度小于2根/微米。可以理解，对于具有固定功率密度、固定波长的激光装置140，碳纳米管膜118通 过激光扫描区144的速度越小，碳纳米管膜118被照射得时间越长，碳纳米管膜118中的碳 纳米管束吸收的能量越多，对应的被破坏的碳纳米管束就越多，该碳纳米管膜118的密度 也就越小，从而激光处理后的碳纳米管膜118的透光率也就越高，其方块电阻也就越高。但 是，碳纳米管膜118通过激光扫描区144的速度太小，则会造成碳纳米管膜118由于吸收过 多热量被烧毁。本实施例中，该激光装置140包括固体激光器、液体激光器、气体激光器及半导体 激光器。激光的功率密度大于0. 053X1012瓦特/平方米，激光光斑的直径在1毫米 5 毫米范围内，激光的照射时间小于1.8秒。优选地，激光装置140为二氧化碳激光器，该激 光器的功率为30瓦特，波长为10. 6微米，光斑直径为3毫米，激光器142与碳纳米管膜118 的相对运动速度为10毫米/秒。然后，将激光照射后的碳纳米管膜118分别粘附于第一基条124与第二基条134 上或可移动基底160表面。由于本实施例步骤(一)中所提供的超顺排碳纳米管阵列116中的碳纳米管非常 纯净，且由于碳纳米管本身的比表面积非常大，所以该碳纳米管膜118在激光处理前及激 光处理后均具有较强的粘性，故碳纳米管膜118可利用其本身的粘性直接粘附于基条上。本实施例中碳纳米管膜118在第一基条124与第二基条134相对靠近处用机械方 法截断。而后，碳纳米管膜118的一端仍然粘附在第一基条124上，可以将该碳纳米管膜 118粘附到拉伸工具100上，进一步重复步骤(二)，从而能够实现碳纳米管膜118的连续生产。本发明还可以采用等离体处理后的碳纳米管阵列获得碳纳米管膜的方法。步骤一采用于实施例一中相同的方法，制备一碳纳米管阵列，优选地，该阵列为 超顺排碳纳米管阵列。步骤二 采用等离子体处理该碳纳米管阵列。采用等离子体处理该碳纳米管阵列 的方法具体包括以下步骤首先，将碳纳米管阵列连同基底放入一真空腔体；其次，在真空 腔体中通入反应气体，形成该反应气体的等离子体，使该等离子体与碳纳米管阵列反应。具体地，上述步骤二可以在一反应离子刻蚀机中进行。首先，将碳纳米管阵列连同 基底放入反应离子刻蚀机的真空腔体中，并将该真空腔体中抽成真空。其次，在反应离子 刻蚀机的真空腔体中通入反应气体，该反应气体可选择为氧气、氢气或四氟化碳等。最后， 在上述真空腔体中通过辉光放电反应产生反应气体的等离子体，并与碳纳米管阵列进行反 应。具体地，上述反应气体通过辉光放电形成等离子体，该等离子体包括带电荷的离子及 电子。上述带电荷的离子通过撞击碳纳米管表面对碳纳米管进行物理刻蚀，或者通过与碳 纳米管中的碳原子反应生成二氧化碳等易挥发的反应产物对碳纳米管进行化学刻蚀。依 据反应气体的不同，该等离子体包括氧等离子体、氢等离子体或四氟化碳等离子体等常用 的等离子体。优选地，该反应气体为氧气，该等离子体为氧等离子体。上述辉光放电反应的 功率可以为20 300瓦，优选为150瓦。反应气体流量为10 100标准状态毫升/分钟 (sccm)，优选为50sCCm。真空腔体内气体压强为1 100帕，优选为10帕。等离子体与碳 纳米管阵列反应时间为10秒 1小时，优选为15秒 8分钟。由于碳纳米管阵列为一紧密排列结构，通过适当控制腔内气体压强和反应时间， 等离子体只与碳纳米管阵列表面反应，很难渗透到阵列内部，从而不会影响内部碳纳米管 的结构。反应后，碳纳米管阵列的厚度减薄，碳纳米管阵列中每一根碳纳米管的高度变短。 上述反应时间不能太长或太短。当上述反应时间太长时，碳纳米管阵列与等离子体反应过 度，从而使碳纳米管阵列的厚度过薄，不利于碳纳米管膜的拉取。当上述反应时间太短时， 碳纳米管阵列与等离子体反应不够，碳纳米管阵列厚度仍然较厚，无法达到提高碳纳米管 膜透明度的目的。优选的，所述采用等离子体处理后的碳纳米管阵列的厚度为20 200微 米。在步骤二中，氧等离子体与碳纳米管阵列表面进行反应，从而使碳纳米管阵列减 薄。因此，通过控制氧等离子体处理的时间，可以控制碳纳米管阵列的高度。进一步地，在 步骤一碳纳米管阵列的生长初期，由于初始生长条件的影响，所生长的碳纳米管阵列较不 稳定，碳纳米管排列相对杂乱。当各种生长条件稳定并生长一段时间后，碳纳米管阵列中的 碳纳米管均沿垂直基底的方向生长，形成一超顺排碳纳米管阵列。因此，通过步骤二中采 用等离子体处理该碳纳米管阵列，可以去除上述碳纳米管阵列顶端排列较为杂乱的碳纳米 管，得到一整齐的超顺排碳纳米管阵列，从而更有利于步骤三中碳纳米管膜的拉取。步骤三采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米管膜。其具体包括 以下步骤(a)从上述碳纳米管阵列中选定一定宽度的多个碳纳米管片断，本实施例优选 为采用具有一定宽度的胶带接触碳纳米管阵列以选定一定宽度的多个碳纳米管片断；(b) 以一定速度沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向拉伸该多个碳纳米管片断，以形成一连续 的碳纳米管膜。
在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片断在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底 的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片断分别与其他碳纳米管片断首尾相 连地连续地被拉出，从而形成一碳纳米管膜。该碳纳米管膜为定向排列的多个碳纳米管束 首尾相连形成的具有一定宽度的碳纳米管膜。该碳纳米管膜中碳纳米管的排列方向基本平 行于碳纳米管膜的拉伸方向。该碳纳米管膜的微观结构请参阅图6。该直接拉伸获得的择优取向排列的碳纳米管膜比无序的碳纳米管膜具有更好的 均勻性及透明度，该碳纳米管膜的光透射率可以达到90%。同时该直接拉伸获得碳纳米管 膜的方法简单快速，适宜进行工业化应用。本实施例中，该碳纳米管膜的宽度与碳纳米管阵列所生长的基底的尺寸有关，该 碳纳米管膜的长度不限，可根据实际需求制得。本实施例中采用4英寸的基底生长超顺排 碳纳米管阵列，该碳纳米管膜的宽度可为0. Olcm 10cm，该碳纳米管膜的厚度为10纳米 500纳米。请参阅图6，碳纳米管膜为从生长时间为15分钟的碳纳米管阵列拉取的碳纳米管 膜。在功率150瓦，气压10帕，氧气流量50sCCm的条件下，采用氧等离子体处理生长时间 为15分钟的碳纳米管阵列。并且，随着处理时间的变化，从上述处理后的碳纳米管阵列拉 取得到的碳纳米管膜的密度逐渐变小，方块电阻逐渐增大。其中，将碳纳米管阵列处理8分 钟后，由该阵列得到的碳纳米管膜的方块电阻最大。碳纳米管膜在垂直于碳纳米管排列方 向上的方块电阻可以达到5兆欧母。可以理解，由于本实施例超顺排碳纳米管阵列中的碳纳米管非常纯净，且由于碳 纳米管本身的比表面积非常大，所以该碳纳米管膜本身具有较强的粘性。因此，该碳纳米管 膜可根据需要直接粘附在各种基体上。另外，可使用有机溶剂处理上述粘附在基体上的碳纳米管膜。具体地，可通过试管 将有机溶剂滴落在碳纳米管膜表面浸润整个碳纳米管膜。该有机溶剂为挥发性有机溶剂， 如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。该碳纳米管膜经有机溶剂浸润 处理后，在挥发性有机溶剂的表面张力的作用下，该碳纳米管膜可牢固地贴附在基体表面， 且表面体积比减小，粘性降低，具有良好的机械强度及韧性。相较于现有技术，由于所述碳纳米管膜中的碳纳米管基本相互平行排列，由于碳 纳米管具有非常好的电阻各向异性，碳纳米管在轴向上具有较好的导电性，在垂直于轴向 的方向上具有非常大的电阻，使得该碳纳米管膜具有非常好的电阻各向异性。并且该碳纳 米管膜在垂直于碳纳米管排列方向上的方块电阻为兆欧级。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精 神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
一种碳纳米管膜，其特征在于，该碳纳米管膜包括多个基本相互平行且基本平行于碳纳米管膜表面排列的碳纳米管，该碳纳米管膜具有电阻各向异性，在垂直于碳纳米管排列方向上的方块电阻为兆欧级。
2.如权利要求1所述的碳纳米管膜，其特征在于，所述碳纳米管膜包括多个所述碳纳 米管通过范德华力首尾相连且基本沿同一方向择优取向排列。
3.如权利要求1所述的碳纳米管膜，其特征在于，在碳纳米管排列方向上方块电阻为1 千欧姆至5千欧姆范围内。
4.如权利要求3所述的碳纳米管膜，其特征在于，在垂直于碳纳米管排列方相的方块 电阻为0. 5兆欧姆至5兆欧姆范围。
5.如权利要求1所述的碳纳米管膜，其特征在于，在相邻的碳纳米管之间存在间隙。
6.如权利要求4所述的碳纳米管膜，其特征在于，所述碳纳米管膜在垂直于碳纳米管 排列方向上的碳纳米管的密度小于2根每微米。
7.如权利要求1所述的碳纳米管膜，其特征在于，该碳纳米管膜的厚度为10纳米至 500纳米范围内。
8.—种碳纳米管复合膜，其包括一个如权利要求1至7中的任意一项权利要求所述的碳纳米管膜；以及一高分子基体，所述碳纳米管膜设置于该高分子基体中，其特征在于，该碳纳米管复合 膜具有电阻各向异性，在垂直于碳纳米管排列方向上的方块电阻为兆欧级。
9.如权利要求8所述的碳纳米管复合膜，其特征在于，所述高分子基体为一平面膜，所 述碳纳米管膜平行于该平面膜设置于该高分子基体中。
10.如权利要求9所述的碳纳米管复合膜，其特征在于，所述高分子基体的材料为聚碳 酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚亚酰胺、纤维素酯、苯并环丁 烯、聚氯乙烯及丙烯酸树脂中的一种或几种。
全文摘要
本发明涉及一种碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个多个基本相互平行且基本平行于碳纳米管膜表面排列的碳纳米管，该碳纳米管膜的具有电阻各向异性，其在垂直于碳纳米管排列方向上的方块电阻为兆欧级。本发明还提供一种碳纳米管复合膜，该碳纳米管复合膜包括一高分子基体以及设置于高分子基体中的碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个基本相互平行且基本平行于碳纳米管膜表面排列的碳纳米管，该碳纳米管膜的具有电阻各向异性，其在垂直于碳纳米管排列方向上的方块电阻为兆欧级。该兆欧级碳纳米管膜或碳纳米管复合膜可应用于透明电极、薄膜晶体管、触摸屏等领域。
文档编号H01B5/14GK101923912SQ201010203160
公开日2010年12月22日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者冯辰, 刘亮, 潜力 申请人:北京富纳特创新科技有限公司