專利名稱：碳納米管陣列結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管陣列結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管是一種新型的一維納米材料，其具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，如高彈性模 量、高楊氏模量和低密度，以及優(yōu)異的電學(xué)性能、熱學(xué)性能和吸附性能。隨著碳納米管碳原 子排列方式的變化，碳納米管可呈現(xiàn)出金屬性或半導(dǎo)體性質(zhì)。由于碳納米管的優(yōu)異特性，可 望其在納米電子學(xué)、材料科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。 目前，傳統(tǒng)的形成碳納米管陣列的方法主要是化學(xué)氣相沉積法(CVD)?；瘜W(xué)氣相沉 積法運(yùn)用沉積在生長(zhǎng)基底上的納米尺度的過渡金屬或其氧化物作為催化劑，在一定溫度下 熱解碳源氣體來制備碳納米管陣列。目前化學(xué)氣相沉積法一般選用平面形狀的硬質(zhì)生長(zhǎng)基 底，如硅基底。而該平面形狀的硬質(zhì)生長(zhǎng)基底由于受反應(yīng)室尺寸的限制，其面積無法做到很 大，從而使得生長(zhǎng)于其上的碳納米管陣列面積也無法做到很大。 范守善等人于2007年12月26日公開的第CN101092234A號(hào)中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公 布說明書中揭示了一種大面積生長(zhǎng)碳納米管膜的方法。該方法具體為提供一硬質(zhì)曲面基 底，并在該基底的外表面上沉積一催化劑層；將該沉積有催化劑層的基底放置于一反應(yīng)室 內(nèi)；向該反應(yīng)室內(nèi)通入保護(hù)氣體，使該反應(yīng)室保持一預(yù)定氣壓；加熱反應(yīng)室至一預(yù)定溫度； 向反應(yīng)室內(nèi)通入碳源氣體，一預(yù)定時(shí)間后，在基底上得到一層碳納米管膜。該硬質(zhì)曲面基底 可以為筒狀、螺旋狀或其它形狀，其比平面狀硅基底具有更大的生長(zhǎng)面積，能夠充分利用反 應(yīng)室內(nèi)部空間，使得一定容量空間的反應(yīng)室內(nèi)可容納更大面積的基底，從而實(shí)現(xiàn)碳納米管 膜在較小反應(yīng)室內(nèi)的大面積生長(zhǎng)。 然而，上述制備方法所采用的曲面基底仍為形狀固定的硬質(zhì)材料制成，使得生長(zhǎng) 于其上的碳納米管膜的形狀也隨之固定，相對(duì)于平面基底，在形狀復(fù)雜的曲面基底上形成 的碳納米管膜的后續(xù)利用存在不便，例如當(dāng)該基底為螺旋狀時(shí)，生長(zhǎng)于螺旋狀基底中心部 位的碳納米管膜難以利用，因此，很大程度上限制了該碳納米管膜的后續(xù)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種易于后續(xù)利用且具有較大面積的碳納米管陣列結(jié)構(gòu) 及其制備方法。 —種碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，該碳納米管陣列結(jié)構(gòu)包括一耐彎曲的面狀柔性基底，該 柔性基底具有至少一表面；及至少一碳納米管陣列生長(zhǎng)于該柔性基底的至少一表面。
—種碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟提供一反應(yīng)室及一彎曲成 預(yù)定形狀的面狀柔性基底，該柔性基底具有至少一表面，且所述柔性基底的至少一表面上 形成一催化劑層；將該柔性基底設(shè)置在該反應(yīng)室內(nèi)；加熱所述柔性基底至一預(yù)定溫度；及 向所述反應(yīng)室內(nèi)通入一碳源氣體，在所述柔性基底的至少一表面生長(zhǎng)一碳納米管陣列。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，由于所述柔性基底可發(fā)生彎曲，因此，在制備碳納米管陣列時(shí)，該柔性基底可根據(jù)反應(yīng)室內(nèi)的空間和自身的面積而適當(dāng)彎曲成不同的形狀以有效利用反 應(yīng)室內(nèi)的空間，從而可生長(zhǎng)更大面積的碳納米管陣列；當(dāng)生長(zhǎng)碳納米管陣列后，所述柔性基 底可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要被展平成一平面形狀結(jié)構(gòu)或彎曲成其它形狀，易于后續(xù)利用，使 該碳納米管陣列結(jié)構(gòu)具有較大的應(yīng)用范圍。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法流程圖。 圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法過程示意圖。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例制備碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的過程中，被彎曲成"Z"型形狀的柔
性基底的橫截面圖。圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明第二實(shí)施例的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法過程示意圖主要元件符號(hào)說明碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100,200柔性基底102,202通孔103,203表面104,204阻隔層106,206催化劑層108,208碳納米管陣列110,210反應(yīng)室120進(jìn)氣口122一出氣口124支撐裝置130支撐架132固定裝置134加熱裝置240支架250
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)及其制備方法。
請(qǐng)參閱圖l，本發(fā)明第一實(shí)施例提供一種碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100，該碳納米管陣列 結(jié)構(gòu)100包括一耐彎曲的面狀柔性基底102，該柔性基底102具有至少一表面104，及至少 一碳納米管陣列110生長(zhǎng)于該柔性基底102的至少一表面104。 所述柔性基底102的材料為耐高溫、可發(fā)生彎曲變形且可以支撐所述碳納米管陣 列110的材料。 首先，該柔性基底102的材料的耐高溫溫度，即熔點(diǎn)大于碳納米管陣列110的生長(zhǎng) 溫度，優(yōu)選為大于50(TC。且所述柔性基底102為具有較小厚度的面狀或片狀基底，其材料可為金屬片、石英片、硅片或陶瓷片等，所述金屬片可為鉬片、鈦片、鋯片、鈮片、鉭片、鉿片、 鎢片、釩片或上述幾種材料的任意組合的合金片，或不銹鋼片等。另外，該柔性基底102所 具有的至少一表面104優(yōu)選為一平滑的表面。 其次，所述柔性基底102可具有一定彈性，在一外力的作用下可發(fā)生彈性彎曲變 形，且去除該外力后，所述柔性基底102又可恢復(fù)彎曲之前的形狀。或者，所述柔性基底102 可具有一定塑性變形能力，在一外力的作用下可發(fā)生塑性彎曲變形，且去除該外力之后，所 述柔性基底102仍可保持其彎曲的形狀，且在施加另外一外力于該彎曲后的柔性基底102 上之后，該彎曲后的柔性基底102仍可恢復(fù)到彎曲之前的形狀且不會(huì)發(fā)生斷裂。該面狀或 片狀的柔性基底102可被彎曲成各種形狀，如可彎曲成筒形形狀、螺旋形狀或其它規(guī)則或 不規(guī)則的形狀等。所述筒形形狀包括外周面封閉的筒形形狀和外周面不封閉的表面具有一 開口的筒形形狀。所述表面具有一開口的筒形形狀是指在筒形形狀的柔性基底102的筒壁 沿軸向具有一長(zhǎng)條狀開口 ，該長(zhǎng)條狀開口平行于筒形形狀的軸向，從而形成一外周面未封 閉的筒形形狀的柔性基底102。具體為，若所述柔性基底102被彎曲成外周面封閉的筒形形 狀，則沿垂直于該筒形形狀柔性基底的軸向的橫截面呈封閉的圓、橢圓或者圓角多邊形等； 若所述柔性基底102被彎曲成外周面未封閉的筒形形狀，則沿垂直于該筒形形狀柔性基底 的軸向的橫截面呈一未封閉的圓、橢圓或者圓角多邊形等；若所述柔性基底102被彎曲成 螺旋形狀或"Z"字型形狀，則沿垂直于該螺旋形狀或"Z"字型形狀的柔性基底的軸向的截 面呈螺旋線形狀或"Z"字型形狀。 再其次，該柔性基底102的厚度以可使該柔性基底102發(fā)生彎曲變形且不發(fā)生斷 裂為基準(zhǔn)，且其厚度越小，該柔性基底102可產(chǎn)生越大的彎曲變形。如若所述柔性基底102 為金屬片，則該柔性基底102的厚度可為小于等于3毫米大于等于0. 005毫米，若所述柔性 基底102為硅片、石英片和陶瓷片，則該柔性基底102的厚度可小于等于0. 3毫米，優(yōu)選為 小于等于0. 1毫米并大于等于1微米。本實(shí)施例中，該柔性基底102的材料為0. 1毫米的 金屬片。 該碳納米管陣列110包括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管可為無序排列或有序地 垂直于基底排列。當(dāng)該碳納米管為無序排列時(shí)，該多個(gè)碳納米管可為彎曲且相互纏繞的生 長(zhǎng)于所述柔性基底102的表面。當(dāng)該碳納米管為有序地垂直于柔性基底102排列時(shí)，該多個(gè) 碳納米管基本為直線狀，并且，當(dāng)所述柔性基底102處于展平狀態(tài)之后，所述多個(gè)碳納米管 基本相互平行，且沿基本垂直于所述柔性基底102的平滑表面104的方向生長(zhǎng)。所述基本 平行是指該多個(gè)碳納米管中的大部分基本沿同一方向延伸，僅有少數(shù)碳納米管隨機(jī)排列， 這些碳納米管不會(huì)對(duì)碳納米管陣列110中大多數(shù)碳納米管的整體取向排列構(gòu)成明顯影響。 所述基本垂直是指所述多個(gè)碳納米管中的大部分碳納米管垂直于所述柔性基底102的表 面104，僅有少數(shù)碳納米管并不完全垂直所述柔性基底102，而為近似垂直，如大于等于80 度小于等于100度。 該碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100可進(jìn)一步包括一設(shè)置于所述柔性基底102的至少一表面 104上的一催化劑層108，所述碳納米管陣列IIO形成于該催化劑層108。該催化劑層108的 材料可選擇為鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或者該幾種金屬的氧化物，該催化劑層108可采用 熱沉積、電子束沉積、蒸鍍或磁控濺射等方法形成于上述柔性基底102的至少一表面104。 該催化劑層108的厚度可根據(jù)實(shí)際需要選擇，優(yōu)選為1納米至50納米。本實(shí)施例中，所述
6催化劑層108的材料為鐵，厚度為5納米，該催化劑層108設(shè)置在所述柔性基底102的一個(gè) 表面104。 此外，若所述柔性基底102為一金屬片，則所述碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100可進(jìn)一步包 括設(shè)置在所述柔性基底102和所述催化劑層108之間的一阻隔層106，該阻隔層106的材料 可為硅、氮化硅、氧化硅或金屬氧化物等，該阻隔層106具有較小的厚度，該厚度可小于等 于100微米。本實(shí)施例中，該阻隔層106的材料為50納米的硅層。 由于所述柔性基底102可發(fā)生彎曲，因此所述碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100可為一平面 形狀結(jié)構(gòu)，也可彎曲成筒形形狀、垂直于軸向的截面具有一開口的筒形形狀、螺旋形狀、"Z" 字型形狀、或者其它規(guī)則或不規(guī)則的形狀等。本實(shí)施例中，所述碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100被 彎曲成一筒形形狀。由于該碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100具有一柔性基底102，因此，該碳納米管 陣列結(jié)構(gòu)100可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要而發(fā)生彎曲變形，從而擴(kuò)大了該碳納米管陣列結(jié)構(gòu) IOO的使用范圍。 請(qǐng)參閱圖2和圖3，本發(fā)明提供一種上述第一實(shí)施例碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100的制備 方法，其包括以下步驟 步驟一，提供一反應(yīng)室120及一彎曲成預(yù)定形狀的面狀柔性基底102，該柔性基底 102具有至少一表面104，且所述柔性基底102的至少一表面104上形成有一催化劑層108 ;
步驟二，將該形成有催化劑層108的柔性基底102設(shè)置在該反應(yīng)室120內(nèi)；
步驟三，加熱所述柔性基底102至一預(yù)定溫度； 步驟四，向所述反應(yīng)室120內(nèi)通入一碳源氣體，在所述柔性基底102形成有催化劑 層108的至少一表面生長(zhǎng)一碳納米管陣列110。
以下將對(duì)上述各步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。 在步驟一中，該反應(yīng)室120可以為現(xiàn)有技術(shù)中的CVD反應(yīng)室。本實(shí)施例中，該反應(yīng) 室120為一用于CVD反應(yīng)的石英管式加熱爐。該反應(yīng)室120包括分別設(shè)置于該反應(yīng)室120 兩端的一進(jìn)氣口 122及一出氣口 124，該進(jìn)氣口 122及出氣口 124位于該石英管式加熱爐沿 軸向的兩端。該柔性基底102的至少一表面104優(yōu)選為一平滑表面，該平滑表面可通過機(jī) 械拋光或電化學(xué)拋光等方法獲得。 所述催化劑層108可采用熱沉積、電子束沉積、蒸鍍或磁控濺射等方法形成于上 述柔性基底102的至少一表面104。該步驟可進(jìn)一步包括退火處理該催化劑層108。
此外，若所述柔性基底102材料為一金屬片，該步驟可進(jìn)一步包括在所述金屬片 的至少一表面104上預(yù)先形成一阻隔層106后再在所述阻隔層106表面形成所述催化劑層 108。該阻隔層106可通過化學(xué)濺射、真空蒸鍍等方法形成。該阻隔層106可防止在后續(xù)步 驟五中所述金屬片與碳源氣體發(fā)生反應(yīng)，形成無定性碳，影響碳納米管生長(zhǎng)，同時(shí)也防止在 高溫環(huán)境下所述催化劑層108與所述柔性基底102發(fā)生融合。該阻隔層106的材料可為硅、 氮化硅、氧化硅或金屬氧化物等。本實(shí)施例中，所述阻隔層106為50納米的硅層，該硅層通 過磁控濺射的方法形成。 在上述步驟二中，所述柔性基底102可通過彎曲改變自身形狀以適應(yīng)反應(yīng)室120 內(nèi)部空間，并設(shè)置入反應(yīng)室120，優(yōu)選為，通過使該柔性基底102的彎曲，使該彎曲后的柔性 基底102具有一通孔103。 進(jìn)一步地，可提供一支撐裝置130，所述已彎曲成預(yù)定形狀的柔性基底102通過所述支撐裝置130設(shè)置于所述反應(yīng)室120中。所述支撐裝置130包括一支撐架132，該支撐 架132的結(jié)構(gòu)不限，僅需支撐且使所述柔性基底102盡量懸空的設(shè)置于所述反應(yīng)室120內(nèi) 即可。該支撐架132的設(shè)置目的為使該柔性基底102設(shè)置在所述反應(yīng)室120中間，從而使 該柔性基底102可被均勻加熱。 其中，將所述柔性基底102先彎曲成一預(yù)定形狀再設(shè)置于反應(yīng)室120中的方式具 體為 首先，在一外力的作用下，將該柔性基底102從平面形狀結(jié)構(gòu)彎曲成一預(yù)定形狀。 該彎曲后的預(yù)定形狀以可以容納進(jìn)所述反應(yīng)室120為準(zhǔn)。該預(yù)定形狀可為筒形形狀、垂直 于軸向的截面具有一開口的筒形形狀、螺旋形狀、"Z"字型形狀、或者其它規(guī)則或不規(guī)則的 形狀。優(yōu)選地，該柔性基底102彎曲后形成的形狀為一柱面結(jié)構(gòu)，即一動(dòng)直線沿著一條曲線 平行移動(dòng)所形成的曲面。該彎曲成預(yù)定形狀的柔性基底102具有一通孔130，該通孔從柔性 基底102的一端貫穿到與其相對(duì)的另一端。 請(qǐng)參閱圖4，當(dāng)所述柔性基底102在一外力的作用下發(fā)生彎曲變形，且去除該外力 之后，所述柔性基底102仍可保持其彎曲的形狀時(shí)，則可首先將該彎曲后的柔性基底102設(shè) 置在所述支撐架132上，再將該設(shè)置于該支撐架132上的柔性基底直接放置在所述反應(yīng)室 120中，如該柔性基底102為被彎曲成一"Z"型結(jié)構(gòu)且去除外力之后不會(huì)恢復(fù)成原形狀的金 屬片。 當(dāng)所述柔性基底102在一外力的作用下發(fā)生彎曲變形，且去除外力之后，所述柔 性基底102又會(huì)恢復(fù)成彎曲之前的形狀時(shí)，則所述支撐裝置130可進(jìn)一步包括一固定裝置 134，在將該柔性基底102設(shè)置在反應(yīng)室120之前，采用所述固定裝置134固定該柔性基底 102，從而使柔性基底102保持彎曲后的形狀，且去除外力后該柔性基底102不會(huì)因其固有 的彈性而恢復(fù)成其彎曲前的形狀。該支撐架132用于支撐所述固定裝置134，該固定裝置 134用于固定所述柔性基底102，該固定裝置134的形狀及設(shè)置位置不限，可根據(jù)柔性基底 102的形狀而變化，僅需使其能達(dá)到固定所述柔性基底102，且在步驟三加熱所述柔性基底 102時(shí)，盡可能少地阻隔熱量傳輸至所述柔性基底102即可。 本實(shí)施例中，所述柔性基底102被彎曲成一圓筒形形狀，該圓筒形形狀的柔性基 底102具有一通孔130，所述支撐裝置130包括一支撐架132及設(shè)置在所述支撐架132兩端 的一固定架134。所述固定架134為兩個(gè)橫截面為圓環(huán)形的金屬環(huán)，該彎曲成圓筒形狀的柔 性基底102被固定在所述支撐裝置130的固定架134中，即所述金屬環(huán)圍設(shè)所述圓筒形狀 的柔性基底102，使該柔性基底102固定其間。另外，該兩個(gè)固定架134相對(duì)且平行地間隔 設(shè)置在所述柔性基底102的兩端，從而使該柔性基底102的中間部分暴露在外而不被固定 架134所覆蓋。 其次，使該彎曲后的柔性基底102設(shè)置于所述反應(yīng)室120中。優(yōu)選地，使所述柔性 基底102沿該反應(yīng)室120的軸線方向放置，即該柔性基底102繞該反應(yīng)室120的軸線方向 彎曲，使彎曲后形成的通孔103沿該反應(yīng)室120的軸線方向放置。該設(shè)置方式可使得從進(jìn) 氣口 122進(jìn)入反應(yīng)室120的反應(yīng)氣體被柔性基底102阻擋的量最少，從而避免降低碳納米 管的生長(zhǎng)速度。同時(shí)，由于該柔性基底102的形狀可被彎曲成為圓筒形狀、螺旋形形狀或其 它曲面形狀，相較于平面狀的基底，該彎曲后的柔性基底102可有效利用該反應(yīng)室120的空 間，使得其可容納更大面積的柔性基底102，從而可獲得更大面積的碳納米管陣列110。
此外，為使所述柔性基底102可設(shè)置于所述反應(yīng)室120的腔體內(nèi)，該柔性基底102 的厚度可依據(jù)反應(yīng)室120的腔體直徑而具體設(shè)定，具體為，若所述反應(yīng)室120的腔體的直徑 為280毫米 300毫米，且所述柔性基底102為金屬片，則該金屬片的厚度優(yōu)選小于等于1 毫米，若所述柔性基底102為石英片、硅片或陶瓷片，則所述石英片、硅片或陶瓷片的厚度 優(yōu)選小于等于0. 1毫米；若所述反應(yīng)室腔體的直徑為1米，且所述柔性基底102為金屬片， 則該金屬片的厚度優(yōu)選小于等于3毫米大于等于0. 1毫米，若所述柔性基底102為石英片、 硅片或陶瓷片，則所述石英片、硅片或陶瓷片的厚度優(yōu)選小于等于0. 3毫米大于等于1微 米。 在上述步驟三中，若所述反應(yīng)室120內(nèi)存在空氣，可進(jìn)一步包括將反應(yīng)室120內(nèi)的 空氣排出，以防止后續(xù)步驟中的碳源氣體與空氣發(fā)生反應(yīng)，之后再加熱該筒形形狀的柔性 基底102至一預(yù)定溫度。 排出空氣的方式可包括以下三種直接將反應(yīng)室120抽真空；向反應(yīng)室120內(nèi)通 入保護(hù)氣體，通過該保護(hù)氣體將反應(yīng)室120內(nèi)的空氣排出；另外，該方式也可將反應(yīng)室120 抽真空之后通入保護(hù)氣體，并使該保護(hù)氣體在該反應(yīng)室120內(nèi)保持一預(yù)定的氣壓。本實(shí)施 例中選擇了第三種方式。 通入保護(hù)氣體的具體方式為從上述進(jìn)氣口 122向反應(yīng)室120內(nèi)通入保護(hù)氣體，該 保護(hù)氣體可選用氬氣，也可為氮?dú)饣蚱渌慌c后續(xù)通入的碳源氣體發(fā)生反應(yīng)的氣體。該保 護(hù)氣體的輸入可使反應(yīng)室120內(nèi)的空氣經(jīng)由該出氣口 124排出。優(yōu)選地，該步驟在通入保 護(hù)氣體之前先對(duì)該反應(yīng)室120抽真空處理。在所述保護(hù)氣體的環(huán)境下，加熱該圓筒狀的柔 性基底102表面的催化劑層108至碳納米管的生長(zhǎng)溫度，優(yōu)選為500°C 800°C。
在步驟四中，所述碳源氣體為乙烯、甲烷、乙烷、乙炔或其它氣態(tài)烴類。本實(shí)施例 中，該碳源氣體為乙烯。反應(yīng)時(shí)間為10分鐘 2個(gè)小時(shí)，從而在所述柔性基底102的表面 生長(zhǎng)獲得一碳納米管陣列110。 具體地，該碳源氣體和保護(hù)氣體以一預(yù)定體積比并以一定的流速?gòu)纳鲜鲞M(jìn)氣口 122通入反應(yīng)室120內(nèi)，并同時(shí)將該混合氣體以相同的流速?gòu)某鰵饪?124輸出反應(yīng)室120， 這樣可保持碳源氣體在反應(yīng)室120內(nèi)處于流動(dòng)狀態(tài)，反應(yīng)室120內(nèi)參加反應(yīng)的碳源氣體會(huì) 得到及時(shí)的更新以使其濃度基本維持不變，從而可得到高品質(zhì)的碳納米管陣列110。該保護(hù)
氣體與碳源氣體的體積比優(yōu)選為i : o i : io，該保護(hù)氣體的流速和碳源氣體的流速依
據(jù)反應(yīng)室120的腔體的具體尺寸而定。 在生長(zhǎng)完碳納米管陣列后，可將生長(zhǎng)有碳納米管陣列的所述柔性基底102從所述 反應(yīng)室120中取出，并將該彎曲的柔性基底102展開成平面形狀，從而獲得一平面形狀的大 面積碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100。可見，由于該柔性基底102在生長(zhǎng)碳納米管陣列IIO期間可彎 曲成一預(yù)定形狀以有效利用反應(yīng)室120的空間，從而可生長(zhǎng)出大面積的碳納米管陣列110， 而且，當(dāng)生長(zhǎng)形成碳納米管陣列之后，該柔性基底102又可展開，從而改善了在曲面硬質(zhì)基 底上，如螺旋形狀、"Z"字型形狀或其它規(guī)則或不規(guī)則的硬質(zhì)生長(zhǎng)基底上生長(zhǎng)的碳納米管陣 列不利于實(shí)際應(yīng)用的缺點(diǎn)。 請(qǐng)參閱圖5，本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種碳納米管陣列結(jié)構(gòu)200，該碳納米管陣列 結(jié)構(gòu)200包括一耐彎曲的面狀柔性基底202，該柔性基底202具有至少一表面204，及至少 一碳納米管陣列210形成于該柔性基底202的至少一表面204。且該碳納米管陣列結(jié)構(gòu)200
9可進(jìn)一步包括至少一催化劑層208和至少一阻隔層206。該碳納米管陣列結(jié)構(gòu)200與上述第一實(shí)施例的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100基本相同，其區(qū)別在于，本實(shí)施例中的柔性基底202具有兩個(gè)表面204，該兩個(gè)表面204相對(duì)設(shè)置，兩個(gè)催化劑層208分別設(shè)置在該兩個(gè)表面204，兩個(gè)碳納米管陣列210分別設(shè)置在兩個(gè)催化劑層208上。 請(qǐng)參閱圖6，其中，第二實(shí)施例中的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)200的制備方法與上述第一實(shí)施例的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)100的制備方法基本相同，其區(qū)別在于，本實(shí)施例的步驟一中，所提供的柔性基底202具有兩個(gè)表面204，兩個(gè)催化劑層208分別形成在所述柔性基底202的兩個(gè)表面204，當(dāng)所述柔性基底202為金屬基底時(shí)，可分別在所述兩個(gè)表面204形成兩個(gè)阻隔層206，該每個(gè)阻隔層206形成在所述每個(gè)催化劑層208和每個(gè)表面204之間；在步驟二中，所述柔性基底202被彎曲形成具有一通孔203的筒形形狀，在將該形成有催化劑層208的柔性基底202設(shè)置在該反應(yīng)室120內(nèi)之后，可進(jìn)一步包括提供一加熱裝置240，并將該加熱裝置240設(shè)置于該圓筒狀的柔性基底202的通孔203內(nèi)的步驟，其具體設(shè)置方式以使該整個(gè)圓筒狀的柔性基底202均勻加熱為目的。該加熱裝置240可通過所述圓筒狀的柔性基底202的通孔203的兩端裝入該圓筒狀的柔性基底202內(nèi)。所述加熱裝置240可為電阻絲加熱管、紅外線加熱燈管或硅鉬棒加熱器等。本實(shí)施例中，所述加熱裝置240可為一紅外線石英加熱燈管，該紅外線加熱燈管的兩端可通過一支架250夾持并固定于圓筒狀的柔性基底202的通孔203內(nèi)。由于該反應(yīng)室120為管式石英管加熱爐，因此本實(shí)施例中的柔性基底202的兩個(gè)表面204均可以被直接加熱，使該柔性基底202可快速均勻受熱，從而使碳納米管陣列210分別形成在所述柔性基底202的兩個(gè)表面204。 本發(fā)明實(shí)施例的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)及其制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)其一、由于所述柔性基底具有一定的柔性，可發(fā)生彎曲，因此，在制備碳納米管陣列時(shí)，該柔性基底可根據(jù)反應(yīng)室的空間和自身的面積而適當(dāng)彎曲成不同的形狀以有效利用反應(yīng)室的空間，從而可生長(zhǎng)更大面積的碳納米管陣列；其二、由于所述柔性基底具有一定的柔性，因此所制備的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要被展開成一平面形狀結(jié)構(gòu)或其它形狀，使該碳納米管陣列結(jié)構(gòu)具有較大的應(yīng)用范圍。其三、所述碳納米管陣列直接生長(zhǎng)在柔性基底表面，不需要先生長(zhǎng)再轉(zhuǎn)移，方法簡(jiǎn)單。 另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于該碳納米管陣列結(jié)構(gòu)包括一耐彎曲的面狀柔性基底，該柔性基底具有至少一表面；及至少一碳納米管陣列生長(zhǎng)于該柔性基底的至少一表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柔性基底的材料的耐熱 溫度大于等于50(TC。
3. 如權(quán)利要求2所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柔性基底為金屬片，該金 屬片的厚度小于等于3毫米。
4. 如權(quán)利要求3所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，該金屬片的材料為鉬、鈦、鋯、 鈮、鉭、鉿、鴇、釩或上述材料任意組合的合金，或不銹鋼。
5. 如權(quán)利要求2所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柔性基底為石英片、硅片 或陶瓷片，該石英片、硅片或陶瓷片的厚度小于等于0. 3毫米。
6. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柔性基底彎曲成平面形 狀、筒形形狀、螺旋形狀或"Z"字型形狀。
7. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柔性基底的至少一表面 進(jìn)一步設(shè)置有一催化劑層，所述碳納米管陣列形成于該柔性基底表面的催化劑層。
8. 如權(quán)利要求7所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柔性基底為金屬片，所述 柔性基底的至少一表面進(jìn)一步設(shè)置有一阻隔層，所述阻隔層設(shè)置于所述柔性基底與催化劑 層之間，該阻隔層的厚度小于等于100微米。
9. 如權(quán)利要求8所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻隔層的材料為硅、氮化 硅、氧化硅或金屬氧化物。
10. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碳納米管陣列包括多個(gè) 碳納米管，該多個(gè)碳納米管沿垂直于所述柔性基底的至少一表面方向生長(zhǎng)。
11. 如權(quán)利要求1所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述柔性基底具有兩個(gè)相對(duì) 設(shè)置的表面，所述碳納米管陣列分別生長(zhǎng)于該柔性基底兩個(gè)相對(duì)的表面。
12. —種碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟提供一反應(yīng)室及一彎曲成預(yù)定形狀的面狀柔性基底，該柔性基底具有至少一表面，且 所述柔性基底的至少一表面上形成有一催化劑層； 將該柔性基底設(shè)置在該反應(yīng)室內(nèi)； 加熱所述柔性基底至一預(yù)定溫度；及向所述反應(yīng)室內(nèi)通入一碳源氣體，在所述柔性基底形成有催化劑層的至少一表面生長(zhǎng) 一碳納米管陣列。
13. 如權(quán)利要求12所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述預(yù)定形狀 包括筒形形狀、螺旋形狀或"Z"字型形狀。
14. 如權(quán)利要求12所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述彎曲成預(yù) 定形狀的面狀柔性基底具有一通孔，將所述柔性基底設(shè)置在反應(yīng)室內(nèi)時(shí)，所述柔性基底的 通孔沿該反應(yīng)室的軸線方向放置。
15. 如權(quán)利要求14所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，進(jìn)一步包括提 供一加熱裝置，將該加熱裝置設(shè)置在所述柔性基底的通孔內(nèi)加熱該柔性基底的步驟。
16. 如權(quán)利要求12所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述柔性基底的至少一表面上形成一催化劑層之前，進(jìn)一步包括在所述至少一表面上形成一阻隔層的 步驟。
17.如權(quán)利要求12所述的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在生長(zhǎng)形成碳 納米管陣列之后，進(jìn)一步包括將該柔性基底從所述反應(yīng)室中取出并展開成平面形狀的步 驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，該碳納米管陣列結(jié)構(gòu)包括一耐彎曲的面狀柔性基底，該柔性基底具有至少一表面；及至少一碳納米管陣列生長(zhǎng)于該柔性基底的至少一表面。此外。本發(fā)明還提供一種上述碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的制備方法。
文檔編號(hào)C01B31/02GK101786617SQ20101012720
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者劉亮 申請(qǐng)人:北京富納特創(chuàng)新科技有限公司