CN107400928B - 一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法及应用 - Google Patents

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Abstract

一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法及应用，它涉及一种在金属表面改性的方法及应用。本发明的目的是要解决现有碳纳米管与硅基底的结构强度低，金属基底上很难生长碳纳米管和在合金表面生长碳纳米管使用的载气危险，溶剂毒性大，不适合工业化推广的问题。方法：一、刻蚀处理；二、通入氮气，启动管式炉；三、注射二茂铁和环己烷的混合液，反应30min～120min；四、关闭管式炉，在氮气保护下自然冷却至室温，得到表面生长有碳纳米管阵列的金属基底。本发明制备的碳纳米管阵列与金属基底的剪切结合强度达到了0.95MPa。本发明可获得一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。

Description

一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法及应用
技术领域
本发明涉及一种在金属表面改性的方法及应用。
背景技术
近年来，超疏水表面在自清洁、金属防护、微流体控制、抗结霜等领域的广泛应用价值吸引了众多研究者的关注。通常，超疏水表面是由一定的粗糙度和低表面自由能共同作用生成。这些低表面能的材料一般为含硅或含氟的有机物，会严重恶化表面的导热和导电能力。自从Iijima在1991年发现碳纳米管以来，由于其独特的结构、优异的性能和广阔的应用前景而备受关注。其中，碳纳米管因具有特殊的热学性能和疏水性能，被应用到超疏水涂层领域。分子动力学模拟研究表明，碳纳米管的轴向导热系数高达6600W·m-1·K-1；并且实验测得，单根多壁碳纳米管的导热系数超过3000W·m-1·K-1，为自然界已知材料中最高。碳纳米管是由石墨片卷成的无缝圆柱管，水滴在平整的石墨表面的接触角θ＝86°，因此碳纳米管本身具有优良的疏水性。所以用碳纳米管对金属表面进行疏水改性具有发展前景。
然而碳纳米管是导热的各向异性材料。虽然轴向导热系数极高，但垂直于碳纳米管长度方向的导热系数极低。制备垂直有序的碳纳米管对于提高传热效果，减少导热热阻意义重大。就目前而言，化学气相沉积是制备碳纳米管阵列的最主要、最普遍的方法，其优点是成本低、可控制备好、适合大量制备。然而碳纳米管阵列的生长目前多以硅、二氧化硅、玻璃等惰性物质材料为基底，结合强度低，如碳纳米管与硅基底的结合强度为0.27MPa。较少采用金属为基底，这主要是因为金属易于和催化剂形成合金，从而使催化剂失去活性，或者因为金属自身具有催化作用而强烈分解碳源形成积炭，导致无法正常生长碳纳米管。
中国专利(02152047.X)公开了一种碳纳米管阵列及其生长方法，该方法在金属基底表面上沉积一层硅过渡层，从而避免了金属基底与催化剂的直接接触，其碳纳米管阵列的生长条件与在硅基底上生长条件相同，因此实现了在金属基底上间接生长碳纳米管阵列。
但是，该制备方法未能实现在金属上直接生长碳纳米管阵列，碳纳米管未能和金属直接结合，不利于热量的传输，而且碳纳米管与基底结合不牢，很容易从基底上脱落下来。
S Talapatra等人在文献Nature nanotechnology,2006,1(2):112-116.Directgrowth of aligned carbon nanotubes on bulk metals中揭示了一种在铬镍铁合金基底上形成碳纳米管阵列的方法。他们以二茂铁/二甲苯混合溶液为原料，以氢/氩混合气为载气，在铬镍铁合金表面直接生长出了碳纳米管阵列，但是该方法采用了危险的氢气为载气，而且二甲苯具有较大的毒性，不适合工业化推广。
综上所述可见，研究一种在金属上直接生长垂直碳纳米管阵列的简易方法，对于金属表面疏水改性具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是要解决现有碳纳米管与硅基底的结构强度低，金属基底上很难生长碳纳米管和在合金表面生长碳纳米管使用的载气危险，溶剂毒性大，不适合工业化推广的问题，而提供一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法及应用。
一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法，具体是按以下步骤完成的：
一、刻蚀处理：
首先将金属基底浸入到酸中刻蚀3min～5min，然后将金属基底取出，以有机溶剂为清洗剂，在超声功率为80W～100W下超声清洗5min～10min，再以去离子水为清洗剂，在超声功率为80W～100W下超声清洗5min～10min，再使用氮气吹干，得到刻蚀处理的金属基底；将刻蚀处理的金属基底置于石英舟中，再将石英舟放入管式炉的反应区；
二、向管式炉中以1000mL·min-1～1500mL·min-1的气体流量通入氮气10min～20min，再将氮气的流量调节至100mL·min-1～500mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至700℃～800℃；
三、将管式炉的蒸发区温度加热至150℃～250℃，再在管式炉的反应区温度为700℃～800℃、管式炉的蒸发区温度为150℃～250℃、管式炉内的氮气流量为100mL·min-1～500mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.05mL·min-1～0.15mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为30min～120min；
四、关闭管式炉，将氮气流量调节至100mL·min-1～200mL·min-1，在氮气流量为100mL·min-1～200mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将石英舟取出，得到表面生长有碳纳米管阵列的金属基底，即完成一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。
本发明的原理及优点：
一、本发明方法采用金属作为碳纳米管生长的基底，采用化学气相沉积方法，通过合理的控制氮气的流量、二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度、给进速率，实现了在金属上直接生长碳纳米管阵列的最佳反应条件，从而获得高度可控的碳纳米管阵列；
二、本发明方法不用将管式炉抽真空，常压下即可制备；
三、本发明方法制备的碳纳米管阵列与金属基底的结合力强，本发明方法制备的碳纳米管阵列与金属基底的剪切结合强度达到了0.95MPa，强于硅基底的0.27MPa；
四、本发明方法采用环己烷作为液态碳源，低毒廉价，而不是采用现有技术中浮游催化过程中常用的芳香族化合物作为碳源，芳香族化合物都具有较大的毒性，可以减小原料对人的伤害；
五、本发明方法没有采用容易***的氢气作为生长碳纳米管的载气，提高了该工艺的安全性和可靠性，有望实现大规模工业化；
六、本发明制备的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上碳纳米管阵列的高度为120μm～130μm，外径为35nm～41nm，水与碳纳米管阵列的接触角为154.6°；
七、本发明方法在金属上直接生长碳纳米管阵列，使其表面实现由亲水到疏水的转变，不仅可使水蒸气在其表面形成滴状冷凝，提高凝结换热效率，还可以应用在金属表面自清洁、防腐蚀、防氧化、流动减阻或强化凝结换热领域中；
八、含有不凝性气体的水蒸气在本发明制备的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底发生冷凝时，发生了冷凝液滴的弹跳行为，使液滴在较小尺度下脱落，有利于强化凝结换热。
本发明可获得一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。
附图说明
图1为实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上碳纳米管阵列的SEM图；
图2为实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上碳纳米管阵列的TEM图；
图3为实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底的接触角；
图4为含有不凝性气体的水蒸气在实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上发生弹跳前的照片图；
图5为含有不凝性气体的水蒸气在实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上发生弹跳后的照片图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法具体是按以下步骤完成的：
一、刻蚀处理：
首先将金属基底浸入到酸中刻蚀3min～5min，然后将金属基底取出，以有机溶剂为清洗剂，在超声功率为80W～100W下超声清洗5min～10min，再以去离子水为清洗剂，在超声功率为80W～100W下超声清洗5min～10min，再使用氮气吹干，得到刻蚀处理的金属基底；将刻蚀处理的金属基底置于石英舟中，再将石英舟放入管式炉的反应区；
二、向管式炉中以1000mL·min-1～1500mL·min-1的气体流量通入氮气10min～20min，再将氮气的流量调节至100mL·min-1～500mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至700℃～800℃；
三、将管式炉的蒸发区温度加热至150℃～250℃，再在管式炉的反应区温度为700℃～800℃、管式炉的蒸发区温度为150℃～250℃、管式炉内的氮气流量为100mL·min-1～500mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.05mL·min-1～0.15mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为30min～120min；
四、关闭管式炉，将氮气流量调节至100mL·min-1～200mL·min-1，在氮气流量为100mL·min-1～200mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将石英舟取出，得到表面生长有碳纳米管阵列的金属基底，即完成一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。
本实施方式的原理及优点：
一、本实施方式方法采用金属作为碳纳米管生长的基底，采用化学气相沉积方法，通过合理的控制氮气的流量、二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度、给进速率，实现了在金属上直接生长碳纳米管阵列的最佳反应条件，从而获得高度可控的碳纳米管阵列；
二、本实施方式方法不用将管式炉抽真空，常压下即可制备；
三、本实施方式方法制备的碳纳米管阵列与金属基底的结合力强，本实施方式方法制备的碳纳米管阵列与金属基底的剪切结合强度达到了0.95MPa，强于硅基底的0.27MPa；
四、本实施方式方法采用环己烷作为液态碳源，低毒廉价，而不是采用现有技术中浮游催化过程中常用的芳香族化合物作为碳源，芳香族化合物都具有较大的毒性，可以减小原料对人的伤害；
五、本实施方式方法没有采用容易***的氢气作为生长碳纳米管的载气，提高了该工艺的安全性和可靠性，有望实现大规模工业化；
六、本实施方式制备的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上碳纳米管阵列的高度为120μm～130μm，外径为35nm～41nm，水与碳纳米管阵列的接触角为154.6°；
七、本实施方式方法在金属上直接生长碳纳米管阵列，使其表面实现由亲水到疏水的转变，不仅可使水蒸气在其表面形成滴状冷凝，提高凝结换热效率，还可以应用在金属表面自清洁、防腐蚀、防氧化、流动减阻或强化凝结换热领域中；
八、含有不凝性气体的水蒸气在本实施方式制备的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底发生冷凝时，发生了冷凝液滴的弹跳行为，使液滴在较小尺度下脱落，有利于强化凝结换热。
本实施方式可获得一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的酸为质量分数为35％～37％的盐酸、质量分数为65％～70％的硝酸和质量分数为50％～60％的硫酸中的一种或其中几种的混合液。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的金属基底为不锈钢。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的有机溶剂为无水乙醇或丙酮。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤三中所述的二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度为5mg·mL-1～25mg·mL-1。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中向管式炉中以1000mL·min-1～1200mL·min-1的气体流量通入氮气10min～15min，再将氮气的流量调节至100mL·min-1～200mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的温度升温至700℃～750℃。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤三中将管式炉的蒸发区温度加热至150℃～200℃，再在管式炉的反应区温度为700℃～750℃、管式炉的蒸发区温度为150℃～200℃、管式炉内的氮气流量为100mL·min-1～200mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.05mL·min-1～0.08mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为30min～60min。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中将管式炉的蒸发区温度加热至200℃～250℃，再在管式炉的反应区温度为750℃～800℃、管式炉的蒸发区温度为200℃～250℃、管式炉内的氮气流量为200mL·min-1～300mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.08mL·min-1～0.12mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为60min～120min。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤三中所述的二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度为20mg·mL-1～25mg·mL-1。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式是表面生长有碳纳米管阵列的金属基底在金属表面自清洁、防腐蚀、防氧化、流动减阻或强化凝结换热领域中应用。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法，具体是按以下步骤完成的：
一、刻蚀处理：
首先将金属基底浸入到酸中刻蚀4min，然后将金属基底取出，以无水乙醇为清洗剂，在超声功率为100W下超声清洗10min，再以去离子水为清洗剂，在超声功率为100W下超声清洗10min，再使用氮气吹干，得到刻蚀处理的金属基底；将刻蚀处理的金属基底置于石英舟中，再将石英舟放入管式炉的反应区；
步骤一中所述的金属基底为不锈钢；
步骤一中所述的酸为质量分数为37％的盐酸；
二、向管式炉中以1500mL·min-1的气体流量通入氮气15min，再将氮气的流量调节至200mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至800℃；
三、将管式炉的蒸发区温度加热至200℃，再在管式炉的反应区温度为800℃、管式炉的蒸发区温度为200℃、管式炉内的氮气流量为100mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.08mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为60min；
步骤三中所述的二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度为25mg·mL-1；
四、关闭管式炉，在氮气流量为100mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将石英舟取出，得到表面生长有碳纳米管阵列的金属基底，即完成一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。
实施例一制备的碳纳米管阵列与金属基底的剪切结合强度为0.95MPa。
图1为实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上碳纳米管阵列的SEM图；
从图1可知，实施例一制备的碳纳米管阵列垂直于金属基底，碳纳米管排列紧密，碳纳米管阵列的高度为120μm。
图2为实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上碳纳米管阵列的TEM图；
从图2可知，实施例一制备的碳纳米管为多壁碳纳米管，碳纳米管的外径为41nm。
图3为实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底的接触角；
从图3可知，水与碳纳米管阵列的接触角为154.6°，生长有碳纳米管阵列的金属表面具有超疏水表面的性质。
应用的实施例：含有不凝性气体的水蒸气在原始的不锈钢金属基底表面冷凝时形成膜状凝结，而在实施例一中得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上冷凝时形成滴状冷凝，并发生了液滴的弹跳行为，在相同的时间内(10min)，在同样大小的两种基底上(20mm*20mm)，实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上收集到的凝结水的质量(0.23g)比原始的不锈钢金属基底上收集到的冷凝水的质量(0.10g)更多，说明实施例一中得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底换热效率更快。
图4为含有不凝性气体的水蒸气在实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上发生弹跳前的照片图；
图5为含有不凝性气体的水蒸气在实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上发生弹跳后的照片图；
从图4和图5可知，当含有不凝性气体的水蒸气在实施例一得到的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底上冷凝时，通过高速CCD相机可以拍摄到冷凝液滴发生了弹跳，在图像的前一帧(图4)，圆圈内有几个冷凝小液滴，然而在图像的下一帧(图5)，圆圈内的小液滴消失了，说明冷凝液滴发生了弹跳脱离了表面。
实施例二：一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法具体是按以下步骤完成的：
一、刻蚀处理：
首先将金属基底浸入到酸中刻蚀4min，然后将金属基底取出，以无水乙醇为清洗剂，在超声功率为80W下超声清洗10min，再以去离子水为清洗剂，在超声功率为80W下超声清洗10min，再使用氮气吹干，得到刻蚀处理的金属基底；将刻蚀处理的金属基底置于石英舟中，再将石英舟放入管式炉的反应区；
步骤一中所述的金属基底为不锈钢；
步骤一中所述的酸为质量分数为35％的盐酸；
二、向管式炉中以1500mL·min-1的气体流量通入氮气15min，再将氮气的流量调节至200mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至800℃；
三、将管式炉的蒸发区温度加热至200℃，再在管式炉的反应区温度为800℃、管式炉的蒸发区温度为200℃、管式炉内的氮气流量为100mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.08mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为60min；
步骤三中所述的二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度为20mg·mL-1；
四、关闭管式炉，在氮气流量为100mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将石英舟取出，得到表面生长有碳纳米管阵列的金属基底，即完成一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。
实施例二制备的碳纳米管阵列与金属基底的剪切结合强度为0.8MPa。
实施例三：一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法具体是按以下步骤完成的：
一、刻蚀处理：
首先将金属基底浸入到酸中刻蚀4min，然后将金属基底取出，以无水乙醇为清洗剂，在超声功率为90W下超声清洗10min，再以去离子水为清洗剂，在超声功率为90W下超声清洗10min，再使用氮气吹干，得到刻蚀处理的金属基底；将刻蚀处理的金属基底置于石英舟中，再将石英舟放入管式炉的反应区；
步骤一中所述的金属基底为不锈钢；
步骤一中所述的酸为质量分数为60％的硫酸；
二、向管式炉中以1500mL·min-1的气体流量通入氮气15min，再将氮气的流量调节至200mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至750℃；
三、将管式炉的蒸发区温度加热至200℃，再在管式炉的反应区温度为750℃、管式炉的蒸发区温度为200℃、管式炉内的氮气流量为100mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.08mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为60min；
步骤三中所述的二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度为20mg·mL-1；
四、关闭管式炉，在氮气流量为100mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将石英舟取出，得到表面生长有碳纳米管阵列的金属基底，即完成一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。
实施例三制备的碳纳米管阵列与金属基底的剪切结合强度为0.84MPa。
实施例四：一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法具体是按以下步骤完成的：
一、刻蚀处理：
首先将金属基底浸入到酸中刻蚀4min，然后将金属基底取出，以无水乙醇为清洗剂，在超声功率为80W下超声清洗10min，再以去离子水为清洗剂，在超声功率为80W下超声清洗10min，再使用氮气吹干，得到刻蚀处理的金属基底；将刻蚀处理的金属基底置于石英舟中，再将石英舟放入管式炉的反应区；
步骤一中所述的金属基底为不锈钢；
步骤一中所述的酸为质量分数为35％的盐酸；
二、向管式炉中以1500mL·min-1的气体流量通入氮气15min，再将氮气的流量调节至200mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至750℃；
三、将管式炉的蒸发区温度加热至200℃，再在管式炉的反应区温度为750℃、管式炉的蒸发区温度为200℃、管式炉内的氮气流量为100mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.12mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为60min；
步骤三中所述的二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度为20mg·mL-1；
四、关闭管式炉，在氮气流量为100mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将石英舟取出，得到表面生长有碳纳米管阵列的金属基底，即完成一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。
实施例四制备的碳纳米管阵列与金属基底的剪切结合强度为0.91MPa。
实施例五：一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法具体是按以下步骤完成的：
一、刻蚀处理：
首先将金属基底浸入到酸中刻蚀4min，然后将金属基底取出，以无水乙醇为清洗剂，在超声功率为100W下超声清洗10min，再以去离子水为清洗剂，在超声功率为100W下超声清洗10min，再使用氮气吹干，得到刻蚀处理的金属基底；将刻蚀处理的金属基底置于石英舟中，再将石英舟放入管式炉的反应区；
步骤一中所述的金属基底为不锈钢；
步骤一中所述的酸为质量分数为65％的硝酸；
二、向管式炉中以1500mL·min-1的气体流量通入氮气15min，再将氮气的流量调节至200mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至750℃；
三、将管式炉的蒸发区温度加热至200℃，再在管式炉的反应区温度为750℃、管式炉的蒸发区温度为200℃、管式炉内的氮气流量为100mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.12mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为120min；
步骤三中所述的二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度为20mg·mL-1；
四、关闭管式炉，在氮气流量为100mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将石英舟取出，得到表面生长有碳纳米管阵列的金属基底，即完成一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。
实施例五制备的碳纳米管阵列与金属基底的剪切结合强度为0.88MPa。
以上内容仅为说明本发明专利的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明专利提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法，其特征在于一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法具体是按以下步骤完成的：
一、刻蚀处理：
首先将金属基底浸入到酸中刻蚀3min～5min，然后将金属基底取出，以有机溶剂为清洗剂，在超声功率为80W～100W下超声清洗5min～10min，再以去离子水为清洗剂，在超声功率为80W～100W下超声清洗5min～10min，再使用氮气吹干，得到刻蚀处理的金属基底；将刻蚀处理的金属基底置于石英舟中，再将石英舟放入管式炉的反应区；
步骤一中所述的酸为质量分数为35％～37％的盐酸、质量分数为65％～70％的硝酸和质量分数为50％～60％的硫酸中的一种或其中几种的混合液；
步骤一中所述的金属基底为不锈钢；
二、向管式炉中以1000mL·min-1～1500mL·min-1的气体流量通入氮气10min～20min，再将氮气的流量调节至100mL·min-1～500mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的反应区温度升温至700℃～800℃；
三、将管式炉的蒸发区温度加热至150℃～250℃，再在管式炉的反应区温度为700℃～800℃、管式炉的蒸发区温度为150℃～250℃、管式炉内的氮气流量为100mL·min-1～500mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.05mL·min-1～0.15mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为30min～120min；
步骤三中所述的二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度为5mg·mL-1～25mg·mL-1；
四、关闭管式炉，将氮气流量调节至100mL·min-1～200mL·min-1，在氮气流量为100mL·min-1～200mL·min-1下将管式炉自然冷却至室温，再将石英舟取出，得到表面生长有碳纳米管阵列的金属基底，即完成一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法。
2.根据权利要求1所述的一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法，其特征在于步骤一中所述的有机溶剂为无水乙醇或丙酮。
3.根据权利要求1所述的一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法，其特征在于步骤二中向管式炉中以1000mL·min-1～1200mL·min-1的气体流量通入氮气10min～15min，再将氮气的流量调节至100mL·min-1～200mL·min-1，启动管式炉，将管式炉的温度升温至700℃～750℃。
4.根据权利要求1所述的一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法，其特征在于步骤三中将管式炉的蒸发区温度加热至150℃～200℃，再在管式炉的反应区温度为700℃～750℃、管式炉的蒸发区温度为150℃～200℃、管式炉内的氮气流量为100mL·min-1～200mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.05mL·min-1～0.08mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为30min～60min。
5.根据权利要求1所述的一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法，其特征在于步骤三中将管式炉的蒸发区温度加热至200℃～250℃，再在管式炉的反应区温度为750℃～800℃、管式炉的蒸发区温度为200℃～250℃、管式炉内的氮气流量为200mL·min-1～300mL·min-1和常压的条件下，使用注射器抽取二茂铁和环己烷的混合液，再将注射器***到管式炉的炉管中，利用微量注射泵将二茂铁和环己烷的混合液以0.08mL·min-1～0.12mL·min-1的速度注射到管式炉的蒸发区进行反应，注射时间为60min～120min。
6.根据权利要求1或5所述的一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法，其特征在于步骤三中所述的二茂铁和环己烷的混合液中二茂铁的浓度为20mg·mL-1～25mg·mL-1。
7.如权利要求1所述的一种在金属上直接生长碳纳米管阵列的简易方法制备的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底的应用，其特征在于所述的表面生长有碳纳米管阵列的金属基底在强化凝结换热领域中应用。
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