長有碳納米管玻璃基板及其制造方法技術

本文提供了在玻璃基板（特別是玻璃纖維基板）上用于成長碳納米管的方法。該方法可包含：于玻璃基板上沉積觸媒材料或觸媒前驅物；在該觸媒材料或該觸媒前驅物之前、之后或與其同時，于該玻璃基板上沉積非觸媒材料；以及將該玻璃基板暴露于碳納米管成長條件，以于玻璃基板上成長碳納米管。可于碳納米管正在所述玻璃基板（特別是玻璃纖維基板）上成長時運送所述玻璃基板。在暴露于碳納米管成長條件時，觸媒前驅物可轉化為觸媒。觸媒材料或觸媒前驅物以及非觸媒材料可從含有水作為溶劑的溶液沉積。例示的沉積技術包含，例如噴涂與浸涂。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及碳納米管，且更具體地，涉及碳納米管成長。
技術介紹
碳納米管因為其大有效表面積、機械強度以及導熱性與導電性而在數種應用中而已經被提出有實用性。這些應用中有許多都特別適合于成長在玻璃基板(例如玻璃纖維復合材料)上的碳納米管。為了合成碳納米管，一般需要觸媒來調和碳納米管成長。最通常的情況，觸媒為金屬納米粒子，特別是零價過渡金屬納米粒子。該領域中現有數種用于合成碳納米管的方法，包括:例如微腔式、熱或電漿增強的化學氣相沉積(CVD)技術、雷射燒灼、電弧放電、火焰合成以及高壓ー氧化碳(HiPCO)技木。一般而言，這類用于合成碳納米管的方法包含了在適合碳納米管成長的條件下產生反應性氣相碳物種。碳納米管在固體基板(包括玻璃基板)上的合成可使用許多這些技術來實施。然而，在玻璃基板上的碳納米管成長速率迄今為止并不足促進在連續方法中高產量的合成。由于此困難所致，會產生無用的短碳納米管或是會需要非常慢的生產線速度。鑒于前述，在該領域中用于在玻璃基板上以高成長速率來成長碳納米管是有實質利益的。本專利技術滿足了此需求，同時也提供了相關優點。
技術實現思路
根據本專利技術的具體實施例，本文提供了碳納米管成長方法。根據本專利技術的具體實施例，所述碳納米管成長方法包括:于玻璃基板上沉積觸媒材料；于該玻璃基板上沉積非觸媒材料；以及在沉積該觸媒材料與該非觸媒材料之后，將該玻璃基板暴露于碳納米管成長條件，以于玻璃基板上成長碳納米管。根據本專利技術的具體實施例，所述碳納米管成長方法包括:于玻璃纖維基板上沉積觸媒前驅物；于該玻璃纖維基板上沉積非觸媒材料；將該觸媒前驅物轉化為觸媒，該觸媒可運作于暴露至碳納米管成長條件時用于形成碳納米管；以及在該玻璃纖維基板正在被運送時，將該玻璃纖維基板暴露至碳納米管成長條件，以于玻璃纖維基板上成長碳納米管。根據本專利技術的具體實施例，所述碳納米管成長方法包括:使包含水、過氧化氫、鐵(II)鹽或其水合物、鈷(II)鹽或其水合物的溶液于該溶液中形成觸媒前驅物；于玻璃纖維基板上沉積該觸媒前驅物；于該玻璃纖維基板上沉積非觸媒材料；將該觸媒前驅物轉化為觸媒，該觸媒可運作以于暴露至碳納米管成長條件時用于形成碳納米管；以及將該玻璃纖維基板暴露于碳納米管成長條件，以于該玻璃纖維基板上成長碳納米管。根據本專利技術的具體實施例，可制造ー種玻璃纖維基板，其具有根據本專利技術所述的碳納米管成長方法加以制備而成長于其上的碳納米管。前文已經相當廣泛地概述了本專利技術的技術特征，為了可以更好地理解，下文將詳細描述。本專利技術的附加特征和優點將在下文中給予描述，這構成了所述權利要求的主題。附圖說明為了更完整理解本專利技術及其優點，現將結合附圖對本專利技術具體實施例進行詳細描述作為參考，其中:圖1A與圖1B示出堿性醋酸鐵(III)與混合的鐵(III)/鈷(II)化合物的假定結構；圖2示出在玻璃纖維基板上的碳納米管觸媒前驅物在8000倍放大倍率的示例性SEM影像；圖3示出在玻璃纖維基板上的碳納米管觸媒前驅物在70000倍放大倍率的示例性SEM影像；圖4示出來自鐵-鈷合金觸媒而成長于玻璃纖維基板上的碳納米管的示例性SEM影像(1000倍放大倍率)；圖5示出從觸媒粒子成長的多壁式碳納米管的示例性SEM影像；以及圖6示出了在暴露至碳納米管成長條件之前及之后的觸媒粒子大小的示例性圖表。具體實施例方式本專利技術一方面提出了用于在玻璃基板(特別是玻璃纖維基板)上成長碳納米管的方法。本專利技術另一方面提出了在上方成長有根據本專利技術的碳納米管成長方法所產生的碳納米管的玻璃纖維基板。本文描述的碳納米管成長方法的ー個重要優點在干，可實現在玻璃基板上的明顯增進的碳納米管成長速率。此特征使得本專利技術的碳納米管成長方法能夠用于エ業生產所需的高產量合成。此外，本專利技術的碳納米管成長方法的某些具體實施例是使用水來沉積形成碳納米管的觸媒或觸媒前驅物，本專利技術相較于使用有機溶劑的可比較的方法可降低生產成本并減緩環境沖擊。本專利技術的碳納米管成長方法可以保持為靜止(靜態)的玻璃基板、以批處理方式來進行，或是以正在運送(例如通過碳納米管合成反應器)中、正有碳納米管于其上方成長的玻璃基板來進行。根據本專利技術的具體實施例，當玻璃基板(特別是玻璃纖維基板)正在被運送、暴露至碳納米管成長條件時，可進行本文所述的碳納米管成長方法。此特征有利地允許碳納米管的高產量成長得以實現。此外，相較于本領域中傳統技術人員，本文所述的觸媒與觸媒前驅物可允許于玻璃基板上實現較大的碳納米管成長速率?；诒緦＠夹g的這些益處，該領域中具技術人員將理解在玻璃基板可于碳納米管成長期間運送的碳納米管成長方法的優勢。盡管在碳納米管成長期間運送玻璃基板有其優勢，但也應了解在另ー些具體實施例中，本文所述的碳納米管成長方法亦可以批次(靜態)方式進行。碳納米管已經證實在利用其獨特結構與特性(包括例如大有效表面積、機械強度、導電性、以及導熱性)的優點的數種應用中都有實用性。當于玻璃基板上成長時，碳納米管與玻璃基板形成了ー種復合架構，其有利地允許碳納米管的有益特性被提供至玻璃基板。然而，根據本專利技術的具體實施例，玻璃基板可僅僅用作為犧牲載層，以將大量的碳納米管送至另一基質中(例如復合材料的聚合物基質)。根據本專利技術的具體實施例，于玻璃基板上成長的碳納米管可被化學地或機械地黏附至所述基板。經由本專利技術的方法(即注入的碳納米管)而于玻璃基板上成長的碳納米管會更強地黏附至基板，而非經由簡單的凡得瓦物理吸附交互作用而使預先合成的碳納米管固定定位。因此，具有成長于其上的碳納米管的本專利技術玻璃基板是不同于上方沉積有預先形成的碳納米管(例如來自碳納米管溶液或懸浮液)的玻璃基板。此外，經由在玻璃基板上直接成長碳納米管，可以以實質上不成束狀態而為各自的碳納米管的方式獲得碳納米管。在某些具體實施例中，碳納米管可直接地鍵結至玻璃基板。根據本專利技術的具體實施例，碳納米管可經由用以調和碳納米管合成的觸媒材料和/或經由在玻璃基板上沉積的非觸媒材料而間接地鍵結至玻璃基板。如本文所使用的，術語“納米粒子”是指在等效球形直徑上具有約0.1納米至約100納米的直徑的粒子，雖然納米粒子并不需要必然是球形形狀。如本文所使用的，術語“觸媒”是指ー種在暴露于碳納米管成長條件時可運作以形成碳納米管的物質。如本文所使用的，術語“觸媒納米粒子”是指ー種在暴露于碳納米管成長條件時可運作以形成碳納米管的納米粒子。如本文所使用的，術語“觸媒前驅物”是指ー種可轉化為觸媒的物質。如本文所使用的，術語“觸媒材料”是指ー種觸媒及/或觸媒前驅物。如本文所使用的，術語“過渡金屬”是指在元素周期表的d區中(第3族至第12族)的任何元素或元素的合金，而術語“過渡金屬鹽類”是指任何過渡金屬化合物，例如過渡金屬氧化物、硝酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物、氟化物、醋酸鹽、檸檬酸鹽、碳化物、氮化物等?？蔀橛|媒性質而用于合成碳納米管的示例性過渡金屬包括:例如鎳、鐵、鈷、鑰、銅、鉬、金、銀、其合金、其鹽類以及其混合物。如本文所使用的，術語“可卷繞長度”或“可卷繞維度”是等同地指ー種材料，其具有不限于長度的至少ー個維度，從而使該材料在例如卷對卷方法(reel-to-reel process)中可被收存于滾動條或心軸上。具有“可卷繞長度”或“可卷繞維度”的材料具有至少ー個維度，其使本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.09.14 US 61/382,8611.一種碳納米管成長方法，包含: 于玻璃基板上沉積觸媒材料； 于所述玻璃基板上沉積非觸媒材料；以及 在沉積所述觸媒材料與所述非觸媒材料之后，將所述玻璃基板暴露于碳納米管成長條件，以于其上成長碳納米管。2.根據權利要求1所述的碳納米管成長方法，進ー步包含: 在所述碳納米管正于所述玻璃基板上成長時運送所述玻璃基板。3.根據權利要求1所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒材料包含觸媒前驅物。4.根據權利要求3所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒材料是在所述非觸媒材料之前沉積。5.根據權利要求3所述的碳 納米管成長方法，其中所述觸媒材料是在所述非觸媒材料之后沉積。6.根據權利要求3所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒材料是與所述非觸媒材料同時沉積。7.根據權利要求3所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒前驅物包含過渡金屬鹽類，其選自由過渡金屬硝酸鹽、過渡金屬醋酸鹽、過渡金屬檸檬酸鹽、過渡金屬氯化物、其水合物及其組合所組成的組。8.根據權利要求7所述的碳納米管成長方法，其中所述過渡金屬鹽類是選自由硝酸亞鐵(II)、硝酸鐵(III)、硝酸鈷(II)、硝酸鎳(II)、硝酸銅(II)、醋酸亞鐵(II)、醋酸鐵(III)、醋酸鈷(II)、醋酸鎳(II)、醋酸銅(II)、檸檬酸亞鐵(II)、檸檬酸鐵(III)、檸檬酸鐵(III)銨、檸檬酸鈷(II)、檸檬酸鎳(II)、檸檬酸銅(II)、氯化亞鐵(II)、氯化鐵(II)、氯化鈷(II)、氯化鎳(II)、氯化銅(II)、其水合物及其組合所組成的組。9.根據權利要求3所述的碳納米管成長方法，其中所述非觸媒材料是選自鋁鹽或其水合物、玻璃、硅酸鹽、硅烷及其組合所組成的組。10.根據權利要求9所述的碳納米管成長方法，其中所述鋁鹽是選自由硝酸鋁、醋酸鋁、其水合物及其組合所組成的組。11.根據權利要求3所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒材料與所述非觸媒材料各自是從溶液來沉積，所述溶液包含水作為溶剤。12.根據權利要求11所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒材料與所述非觸媒材料是通過選自由噴涂、浸涂及其組合所組成的組的技術而加以沉積。13.根據權利要求3所述的碳納米管成長方法，其中所述非觸媒材料對所述觸媒材料的摩爾比例至多約為6:1。14.根據權利要求3所述的碳納米管成長方法，其中所述非觸媒材料對所述觸媒材料的摩爾比例至多約為2:1。15.根據權利要求3所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒前驅物是自至少ー種過渡金屬鹽與過氧化氫之間的反應而形成。16.根據權利要求15所述的碳納米管成長方法，其中所述至少一種過渡金屬鹽類包括鐵(II)鹽或其水合物以及鈷(II)鹽或其水合物。17.根據權利要求3所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒材料與所述非觸媒材料包含觸媒涂層，所述觸媒涂層具有約5納米至約100納米的厚度。18.一種碳納米管成長方法，包含: 于玻璃纖維基板上沉積觸媒前驅物； 于所述玻璃纖維基板上沉積非觸媒材料； 將所述觸媒前驅物轉化為觸媒，所述觸媒可運作以于暴露至碳納米管成長條件時用于成長碳納米管；以及 當正在運送所述玻璃纖維基板吋，將所述玻璃纖維基板暴露于碳納米管成長條件，以于所述玻璃纖維基板上成長碳納米管。19.根據權利要求18所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒前驅物是在所述非觸媒材料之前沉積。20.根據權利要求18所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒前驅物是在所述非觸媒材料之后沉積。21.根據權利要求18所述的碳納米管成長方法，其中所述觸媒前驅物是與所...

【專利技術屬性】
技術研發人員：布蘭登·K·馬利特，圖沙·K·沙赫，
申請(專利權)人：應用奈米結構公司，
類型：
國別省市：