專利名稱：一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法
專利說明一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法 本發(fā)明涉及納米材料領域，具體的說是一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法。一維納米結構的碳材料包括碳納米管(carbon nanotube-CNT)或碳納米纖維(carbon nanofiber-CNF)是許多應用領域如電子場發(fā)射應用中陰極的關鍵材料，此類材料不僅具有高熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，還具有優(yōu)異的電子場發(fā)射性能，如低的電子發(fā)射閾場和高的發(fā)射電流密度。碳納米管的生產主要有三種方法電弧放電法、激光燒蝕法、化學氣相沉積法(CVD)。其中只有CVD法有可能低成本、大規(guī)模生長出純度較高的碳納米管粉體或薄膜。而關鍵技術在于碳納米管生長的可控性，以便制造出不同形態(tài)的碳納米管或薄膜，能夠滿足不同的應用要求。這類納米結構的碳材料通常是催化CVD法制備的。通常在基體表面沉積一層催化劑金屬薄膜，然后用CVD進行CNT的生長。一般所采用的金屬催化劑是鐵、鈷、鎳薄膜，厚度為5-50納米。所制備的CNT薄膜厚度較薄(＜100微米)且附著性較差，使其應用受到了限制。另外，因薄膜厚度較小，若從基體上剝離下來后會裂為碎片而無法使用。本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種可在較低溫下在各種基體上制備較厚復合納米碳纖維薄膜的方法。
為實現(xiàn)上述目，設計一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，復合納米碳纖維薄膜，由碳納米管CNT和碳納米纖維CNF組成，復合納米碳纖維薄膜的直徑為1-500納米，長度為10納米-10毫米。其制備方法選取基體材料；在基體材料上沉淀一層金屬催化層；生長將上述經處理過的基體材料放入低壓化學氣相沉積(LPCVD)系統(tǒng)內，并加入碳納米管CNT和碳納米纖維CNF進行CNF/CNT復合薄膜的生長。選取基體材料為玻璃、硅、石墨、陶瓷或金屬材料薄片，厚度為0.5-50毫米。基體材料中的陶瓷包括氧化鋁、氧化硅、氮化硅、碳化硅?；w材料中的金屬包括銅、鈦、鎳、鐵、鋁、鉬、鎢、鉭、不銹鋼，或其合金。金屬催化劑層包括鐵、鈷、鎳、銅、鉬、鐵銅合金、鐵鎳合金、鎳銅合金、鐵鈷合金、鐵鉬合金、鎳鉬合金、銅鉬合金，厚度為10納米-1毫米。在基體材料為鐵、鎳、鐵銅、鐵鎳、鎳銅、鐵鈷、鐵鉬、鎳鉬、銅鉬、鐵鈦、鎳鈦、銅鈦的薄片時，不用另外再沉積金屬催化劑層。所述的生長時放入的低壓化學氣相沉積(LPCVD)系統(tǒng)包括熱(T)CVD和等離子體(PE)CVD。所述的生長條件為本底真空度＜10-1Pa；氣體壓力為10-5×105Pa，溫度為200-800℃，生長氣體包括甲烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳與氫、氮、氬、氦氣的混合物氣體，生長時間為10分鐘-5小時。對于熱(T)CVD，氣體壓力為10-1-5×105Pa，溫度為400-800℃；對于等離子體(PE)CVD，氣體壓力為10-3-5×102Pa，溫度為200-700℃。所制備的CNF/CNT復合納米碳纖維薄膜可直接進行相關器件的應用，也可從基體上剝離下來做進一步的應用。所制備的CNF/CNT復合納米碳纖維薄膜可用于場發(fā)射冷陰極材料、電池電極材料、電容電極材料、熱傳導材料、電磁屏蔽材料、高強度輕質復合材料的制備。
本發(fā)明與先有技術相比，薄膜厚度可達毫米級，與基體的附著性好，剝離時薄膜也不會裂開，且薄膜的生長得以控制，成本較低，值得推廣和應用。

圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
參見圖1，1為選取基體材料；2為沉積金屬催化層；3為生長。下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明，本發(fā)明對本專業(yè)技術領域的人來說還是比較清楚的。
例1先選取基體，基體材料可選用玻璃、硅、石墨、陶瓷或金屬材料薄片，厚度為0.5-50毫米，其中陶瓷可選用氧化鋁、氧化硅、氮化硅、碳化硅；金屬包括銅、鈦、鎳、鐵、鋁、鉬、鎢、鉭、不銹鋼，或其合金。
然后在基體材料上沉積一層金屬催化劑層，包括鐵、鈷、鎳、銅、鉬及其相關合金包括鐵銅、鐵鎳、鎳銅、鐵鈷、鐵鉬、鎳鉬、銅鉬。金屬催化劑薄膜厚度為10納米-1毫米。在基體材料為鐵、鎳、鐵銅、鐵鎳、鎳銅、鐵鈷、鐵鉬、鎳鉬、銅鉬的薄片時，不用另外在沉積金屬催化劑層。
將上述步驟準備好的樣品放入低壓化學氣相沉積(LPCVD)系統(tǒng)內進行CNF/CNT復合薄膜的生長。LPCVD包括熱(T)CVD和等離子體(PE)CVD。生長條件為本底真空度＜10-1Pa；對于TCVD，氣體壓力為10-1-5×105Pa，溫度為400-800℃。對于PECVD，氣體壓力為10-3-5×102Pa，溫度為200-700℃。生長氣體包括甲烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳與氫、氮、氬、氦氣的混合物氣體。生長時間為10分鐘-5小時。上述步驟所制備的CNF/CNT復合薄膜可直接進行相關器件的應用，也可從基體上剝離下來做進一步的應用。
權利要求
1.一種復合納米碳纖維薄膜，由碳納米管CNT和碳納米纖維CNF組成，其特征在于復合納米碳纖維薄膜的直徑為1-500納米，長度為10納米-10毫米。
2.如權利要求書1所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于(1)選取基體材料；(2)在基體材料上沉積一層金屬催化層；(3)生長將上述經處理過的基體材料放入低壓化學氣相沉積(LPCVD)系統(tǒng)內，并加入碳納米管CNT和碳納米纖維CNF進行CNF/CNT復合薄膜的生長。
3.如權利要求書1和2所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于選取基體材料為玻璃、硅、石墨、陶瓷或金屬材料薄片，厚度為0.5-50毫米。
4.如權利要求書1和2所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于基體材料中的陶瓷包括氧化鋁、氧化硅、氮化硅、碳化硅。
5.如權利要求書1和2所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于基體材料中的金屬包括銅、鈦、鎳、鐵、鋁、鉬、鎢、鉭、不銹鋼，或其合金。
6.如權利要求書1和2所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于金屬催化劑層包括鐵、鈷、鎳、銅、鉬、鐵銅合金、鐵鎳合金、鎳銅合金、鐵鈷合金、鐵鉬合金、鎳鉬合金、銅鉬合金，厚度為10納米-1毫米。
7.如權利要求書1和2所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于在基體材料為鐵、鎳、鐵銅、鐵鎳、鎳銅、鐵鈷、鐵鉬、鎳鉬、銅鉬、鐵鈦、鎳鈦、銅鈦的薄片時，不用另外再沉積金屬催化劑層。
8.如權利要求書1和2所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于所述的生長時放入的低壓化學氣相沉積(LPCVD)系統(tǒng)包括熱(T)CVD和等離子體(PE)CVD。
9.如權利要求書1和2所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于所述的生長條件為本底真空度＜10-1Pa；氣體壓力為10-3-5×105Pa，溫度為200-800℃，生長氣體包括甲烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳與氫、氮、氬、氦氣的混合物氣體，生長時間為10分鐘-5小時。
10.如權利要求書1、2和8所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于對于熱(T)CVD，氣體壓力為10-1-5×105Pa，溫度為400-800℃；對于等離子體(PE)CVD，氣體壓力為10-3-5×102Pa，溫度為200-700℃。
11.如權利要求書1和2所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于所制備的CNF/CNT復合納米碳纖維薄膜可直接進行相關器件的應用，也可從基體上剝離下來做進一步的應用。
12.如權利要求書1和2所述一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，其特征在于所制備的CNF/CNT復合納米碳纖維薄膜可用于場發(fā)射冷陰極材料、電池電極材料、電容電極材料、熱傳導材料、電磁屏蔽材料、高強度輕質復合材料的制備。
全文摘要
本發(fā)明涉及納米材料領域，具體的說是一種復合納米碳纖維薄膜的制備方法，復合納米碳纖維薄膜，由碳納米管CNT和碳納米纖維CNF組成，復合納米碳纖維薄膜的直徑為1－500納米，長度為10納米－10毫米。其制備方法選取基體材料；在基體材料上沉淀一層金屬催化層；生長將上述經處理過的基體材料放入低壓化學氣相沉積(LPCVD)系統(tǒng)內，并加入碳納米管CNT和碳納米纖維CNF進行CNF/CNT復合薄膜的生長。與現(xiàn)有技術相比，薄膜厚度可達毫米級，與基體的附著性好，剝離時薄膜也不會裂開，且薄膜的生長得以控制，成本較低，值得推廣和應用。
文檔編號C01B31/02GK1660692SQ20051002374
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月1日 優(yōu)先權日2005年2月1日
發(fā)明者孫卓, 孫懿 申請人:上海納晶科技有限公司