201040105 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種奈米碳管膜製造技術，特別係關於一 - 種奈米碳管膜前驅，奈米碳管膜及其製造方法以及具有該 奈米碳管膜之發光器件。 【先前技術】 自從奈米碳管之發現以來，由於其具有優越之機械、 導電及導熱性而得到大量之關注。由複數根奈米碳管組成 0 之奈米碳管膜也係一種較為熟知之奈米材料，其係一種由 很多奈米碳管連續排列而形成之膜狀結構。奈米碳管膜可 以用作導電材料、發熱材料或者是用作光源之發光元件等 等多種應用領域。但是一些應用領域，如發光光源，要求 奈米碳管膜之分佈具有一定之規律性以獲得更好之性能， 如發光光源之偏振度。通常廣泛應用之偏振光源，為一種 普通光源再載入一偏振片。該偏振片為一可吸收偏振片， 即其可吸收一偏振態之光，而另一偏振態之光則通過該偏 ® 振片。偏振度係用於表徵偏振光源之重要參數之一，即所 發出之光之偏振化程度，其用於描述一偏振光源所發出之 光束之偏振性質。而通過控制奈米碳管膜中奈米碳管之分 佈規律可以控制該奈米碳管膜之各種參數，如偏振度。 【發明内容】 有鑒於此，確有必要提供一種可控制奈米碳管膜中奈米 碳管分佈規律之奈米碳管膜前驅，奈米碳管膜及其製造方 法以及具有該奈米碳管膜之發光器件。 4 201040105 一種奈米碳管膜前驅，包括一基底，一形成於該基底 上之奈米碳管陣列，以及至少一與該奈米碳管陣列相連接 之奈米碳管膜。所述奈米碳管陣列包括複數大致沿其同一 . 個生長方向排列之奈米碳管。所述奈米碳管膜中奈米碳管 之軸向與所述奈米碳管之生長方向之間之銳角角度小於等 於80度，且該奈米碳管膜包括複數大致沿同一個方向排列 之奈米碳管。該奈米碳管膜還包括複數間隔設置之第一區 域和複數分別設置在相鄰之兩個第一區域之間之第二區 Ο 域。所述第一區域中奈米碳管之分佈密度大於第二區域中 奈米碳管之分佈密度。 一種奈米碳管膜，其包括由複數大致沿同一個方向排 列之奈米碳管形成奈米碳管膜。該奈米碳管膜包括複數間 隔設置之第一區域和複數分別設置在相鄰之兩個第一區域 之間之第二區域，所述第一區域中奈米碳管之分佈密度大 於第二區域中奈米碳管之分佈密度。 一種製造奈米碳管膜之方法，其包括： ❹ 提供一個形成於一基底上且包括複數大致沿其同一個 生長方向排列之奈米碳管之奈米碳管陣列以及一抽取裝 置；使所述抽取裝置靠近所述奈米碳管陣列以選定複數奈 米碳管；用所述抽取裝置沿遠離奈米碳管陣列拉談複數奈 米碳管以獲取一奈米碳管膜，其中該抽取裝置之抽取方向 與奈米碳管之生長方向之間之銳角之角度小於等於80度。 一種發光器件，其包括一奈米碳管膜。該奈米碳管膜 由複數大致沿同一個方向排列之奈米碳管形成，並且包括 複數間隔設置之第一區域和複數分別設置在相鄰之兩個第 5 201040105 一區域之間之第二區域。所述第一區域中之奈米碳管之分 佈密度大於第二區域中之奈米碳管之分佈密度。 相較與先前技術，在上述製造奈米碳管膜之方法中， . 使抽取裝置之抽取方向與奈米碳管之生長方向之間之銳角 角度小於等於80度以抽取得一奈米碳管膜，從而製造出一 可控制該奈米碳管膜中之奈米碳管之分佈規律之奈米碳管 膜，即該奈米碳管膜中之第一區域中奈米碳管之分佈密度 大於第二區域奈中米碳管之分佈密度之分佈規律。 Ο 【實施方式】 下面將結合附圖，舉以下較佳實施例並配合圖式詳細 描述如下。 請參閱圖1及圖2，為所述奈米碳管膜20之製造方 法。該製造方法包括下列步驟： 步驟S101 :提供一形成於一基底22上且包括複數大 致沿其同一個生長方向排列之奈米碳管之奈米碳管陣列以 及一抽取裝置30 ; 〇 步驟S102 :使所述抽取裝置30靠近所述奈米碳管陣 列以選定複數奈米碳管； 步驟S103 :用所述抽取裝置30沿遠離奈米碳管陣列 拉該複數奈米碳管以獲取一奈米碳管膜20，其中，該抽取 裝置30之抽取方向與奈米碳管之生長方向之間之銳角之 角度小於等於80度。 在步驟S101中，包括複數沿大致同一個生長方向排 列之奈米碳管之奈米碳管陣列之製備方法不限，可採用化 學氣相沈積法、電漿氣相沉積法、電弧放電法等。其中， 201040105 所述“大致”之意思係由於奈米碳管在生長過程中各種因 素之制約，如碳源氣氣流之流動速度不一致，碳源氣之濃 度之不均勻以及催化劑之不平整，不可能也不必使奈米碳 管中之每根奈米碳管完全沿其生長方向排列，即每根奈米 • 碳管完全平行。這種具有複數沿大致同一個生長方向排列 之奈米碳管之奈米碳管陣列通常稱之為超順排奈米碳管陣 列（Super-aligned Carbon Nanotube array，SACNT)。在本實 施例中，請參閱圖3,該奈米碳管陣列之製備方法選用化 0 學氣相沉積法，其具體包括以下步驟： 步驟S201 :提供所述基底22。該基底22可選用矽晶片 或表面有一層氧化矽之矽晶片，優選地，其表面平整度小 於1微米，以使後續在該基底22表面上生長之奈米碳管陣列 之根部基本位於同一平面。 步驟S202 :在基底22表面形成一催化劑層21。該催化 劑層21之厚度為幾奈米到幾百奈米，其中催化劑材料可為 鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合之合金。 ® 步驟S203 ·將表面沉積有催化劑層21之基底22在 300-400°C溫度條件下氧化退火處理5_15小時以在該基底。 表面形成奈米級催化劑顆粒。 步驟S204 :將該表面形成有奈米級催化劑顆粒之基底 22裝載於一反應爐中，在保護氣體環境下加熱至5〇〇~7〇〇 攝氏度(°C)，其中，該保護氣體為惰性氣體或氮氣。 步驟S205 :向反應爐内通入碳源氣與載氣之混合氣 體，在基底22表面生長奈米碳管陣列，進而可獲得本實施 例中之奈米碳管陣列。其中，碳源氣可選用乙炔、乙烯等； 201040105 該載氣可為惰性氣體或氮氣；碳源氣之流量為20-50標準立 方釐米每分鐘（Standard Cubic Centimeter per Minut seem)，載氣之流量為。 由上述方法所製備之奈米碳管陣列包括單壁奈米碳 管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管、或其任意組合。奈米 碳管之直徑為0.5奈米_100奈米，高度L均為2〇〇微米 毫米。本實施例中，優選地，該奈米碳管陣列由直徑為工 奈米之單壁奈米碳管形成之陣列，且其高度L為3〇〇微米。 〇 在步驟S102中，所述抽取裝置30可以為膠帶或直尺。 本實施例優選為採用具有一定寬度之膠帶接觸奈米碳管陣 列以選定一定寬度之旅數奈米碳管。當所述抽取裝置30靠 近所述奈米碳管陣列時，最好使該抽取裝置30靠近奈米碳 管陣列邊緣之頂部以獲取一個完整之奈米碳管骐。同時在 靠近奈米碳管陣列時，由於奈米碳管與該抽取裝置30也存 在凡德瓦爾力，因此，當所述抽取裝置30與奈米碳管陣列 邊緣頂部之間之距離遠到—定範圍時，奈米碳管陣列中之 〇 奈米碳管自然而然就會吸附到該抽取裝置30上，從而即可 拉取奈米碳管膜。衣上述拉取過程中，該奈米碳管膜2〇 包括複數奈米碳管片段。該複數奈米碳管片段在拉力作用 下沿拉伸方向逐漸脫離基底之同時，由於凡德瓦爾力作 用，該選定之複數奈米碳管片斷分別與其他奈米碳管片斷 首尾相連地連續地被拉出’從而形成一奈米碳管膜20。因 此，當緩慢地移動該抽取裝置30時，便可將所選取之複數 奈米碳管從催化劑層21上取下。 8 201040105 在步驟S103中，當所述抽取裝置30之抽取方向與奈 米碳管之生長方向之間銳角之角度《小於等於80度，並用 該抽取裝置30拉上述之奈米碳管束時，便可以形成一所述 . 之奈米碳管膜20。也在此時，當所述奈米碳管膜20還沒 有脫離所述奈米碳管陣列時，形成一奈米碳管膜前驅。該 奈米碳管膜前驅包括所述基底22，一形成於該基底22上 之奈米碳管陣列，以及至少一與該奈米碳管陣列相連接之 奈米碳管膜20。所述奈米碳管膜20中之奈米碳管之軸向 Ο 與所述奈米碳管之生長方向之間之銳角之角度《小於等於 80度。 在用所述抽取裝置30拉取所述奈米碳管膜20時，該 奈米碳管膜20之形成過程可以分解為五個環節。請參閱圖 4A-4C，其為奈米碳管膜20在各個環節之結構示意圖。該 五個環節包括： (1) 在奈米碳管陣列之頂部邊緣選定第一奈米碳管片 段201 ;如圖4A所示，拉取裝置30選定了所述第一奈米 ❹碳管片段201。 (2) 該第一奈米碳管片段201先與奈米碳管陣列頂部脫 離，最後再與奈米碳管陣列之底部脫離從而從奈米碳管陣 列中拉取出該第一奈米碳管片段201;如圖4B所示，第一 奈米碳管片段201脫離了奈米碳管陣列。 (3) 拉取在奈米碳管陣列之底部與該第一奈米碳管片 段201相連且相鄰之第二奈米碳管片段202 ; (4) 該第二奈米碳管片段202先與奈米碳管陣列底部脫 離，最後再與奈米碳管陣列頂部脫離從而從奈米碳管陣列 201040105 中拉取出該第二奈米碳管片段202;如圖4C所示，第一和 第一奈米碳管片段201、202都脫離了該奈米碳管陣列。 (5)拉取在奈米碳管陣列之頂部與該第二奈米碳管片 段202相連且相鄰之第三奈米碳管片段203。
重複上述環節（2)到（5)，便可得到所述奈米碳管膜20。 虽拉取完所述奈米碳管陣列或者直接從奈米碳管陣列上取 下所述奈米碳管膜2〇。請參見圖5，該奈米碳管膜20具有 複數間隔設置之第一區域204和複數分別設置在相鄰之兩 個第區域204之間之第二區域205。所述第一區域204 與第二區域2〇5沿奈米碳管之軸向方向連續交替分佈，從 膜 文項砹紋狀奈米碳管膜20。而，在戎石及 且同 20之奈米碳管首尾相連地通過凡德瓦爾力連接， 方向擇優取向排列。 與，上述之奈米碳管膜20之形成過程中，環節（2)到（3) 、=谛（4)到（5)係兩個不同之子環節。假定奈米碳管陣列中 2長度記為L，則在環節(2)中’抽取裝置30沿 中方向移動之距離^為， 拉伸方向移動之距離△如以 節中抽叫置30在沿拉伸方向導致在這 =距。然，在環節⑺與環節(4)中所會產山生一個^ ，出速度-致之情況下，在環 次…卡兔管膜20之. ::列之拉出速度要小於在環節(4)中奈米碳 、又。正係因為在環節(2)與(4)之奈米石户:；、石反管之拉出 \導致在環節(2)與_形成之出速度之不 —致’從㈣成不同密度之區域。請參 201040105 該奈米碳管膜20由複數大致沿同一個方向排列之奈米碳 管形成。該奈米碳管膜20包括複數間隔設置之第一區域 204和複數分別設置在相鄰之兩個第一區域204之間之第 . 二區域205。所述奈米碳管膜20之第一區域204在環節（2) 到（3)中獲得，而第二區域205在環節（4)到（5)中獲得。所述 第一區域204中之奈米碳管之分佈密度大於第二區域205 中之奈米碳管之分佈密度。圖5係從一奈米碳管高度為 400mm之奈米碳管陣列中拉取出來之奈米碳管膜20，圖6 〇 係從一奈米碳管高度為600mm之奈米碳管陣列中拉取出 來之奈米碳管膜20，其抽取裝置30之抽取方向與奈米碳 管之生長方向之間之銳角角度《都為65度。 當該奈米碳管膜20用作發光器件時，可以在奈米碳管 膜20之沿奈米碳管軸向兩端分別設置至少一電極（圖未 示），然後通以電流，該奈米碳管膜20即可發光。 由於奈米碳管係一維奈米材料，具有軸嚮導電性，電 子之移動被限定在奈米碳管軸向方向。通常電阻加熱之燈 〇 絲發光係由移動電子之發光而產生，與燈絲類似，當奈米 碳管通以電流時，該奈米碳管便可以發出光。由於電子之 移動被限定在奈米碳管軸向方向，使得奈米碳管發出之光 為偏振方向平行于奈米碳管軸向之偏振光。 進一步，由於所述奈米碳管膜20具有複數間隔設置之 第一區域204和複數分別設置在相鄰之兩個第一區域204 之間之第二區域205。在這裏，為形象化，所述奈米碳管 之分佈密度大之第一區域204可稱之為密區，而相對於第 一區域204，奈米碳管之分佈密度小之第二區域205可稱 11 201040105 之為疏區。請參閱圖8，其為 度與偏振度之關係圖。在該圖8同奈米碳管高度之拉出角 為235μιη、410μιη以及中其奈米碳管尚度分別 密區之奈米碳管之分佈密度:隨著拉伸角度之增大， 大’從而使得疏區之電阻盘.:之刀佈⑧度之差值會增 大，從而進一步使得後區;之差值也進-步增 差值也進-步增大。度與密區之發光強度之 Ο
得多’因此，當疏區之分佈振度^&要大 辦大刀佈在度與雄、區之分佈密度之差值 丄奈米碳⑼2〇之偏振度也相應增 平W 魏著拉Λ肖度之敎，所拉出之奈 未奴管膜之偏振度也相應地增大。 區琉第一區域2叫複數分別設置在相鄰之兩個第一 同^ t間之第二區域2〇5之奈米碳管之分佈密度不 心^疏區之電阻與密區之電阻之差值也不同，從而使 區之發光強度與密區之發光強度之差值也不同，因 二’由該奈米碳管臈2G製成之發光器件可以發出明暗相間 m大之光’其可以應用於一些廣告或各種燈光效應 中’如舞台所用之燈光。 可以理解，當所述奈米礙管膜2〇用作發光器件時，該 件還可以包括-支撐體（圖未示）。該支樓體用於支 二示米碳㈣。該支撐體可以為—透明基板，所述奈米 反s膜2G m靖明基板表面。該支禮體還可以為一框 ^巧。所述框形支架包括—上基板和—下基板，所述奈 米石反管膜20夾設在所述上、下基板之間。 上述之奈米奴官膜20當然還可以應用到導熱、導電、 12 201040105 抗靜電薄膜、電磁遮罩、超級電容器、阻燃、催化電極、 應變規、平面顯示等複數技術領域。 在上述製造奈米碳管膜之方法中，使抽取裝置之抽取 . 方向與奈米碳管之生長方向之間之銳角之角度小於等於80 度以抽取得一奈米碳管膜，從而製造出一可控制該奈米碳 管膜中之奈米碳管之分佈規律之奈米碳管膜，即該奈米碳 管膜中之第一區域中之奈米破管之分佈密度大於第二區域 之奈米碳管之分佈密度之分佈規律。 〇 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法 . 提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例， • 自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝 • 之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵 蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖1係製造本發明所述之奈米碳管膜之方法流程圖。 圖2係在圖1之製造方法中所形成之奈米碳管膜前驅 〇 之結構示意圖。 圖3係製備用於拉取圖1之奈米碳管膜之奈米碳管陣 列之方法流程圖。 圖4A-4C係圖1之製造方法所製備之奈米碳管膜在不 同分取環節之結構示意圖。 圖5係圖1之製造方法所製備之奈米碳管膜之結構示 意圖。 圖6係圖1之製造方法所製備之一種奈米碳管膜之電 鏡圖。 13 201040105 圖7係圖1之製造方法所製備之另一種奈米碳管膜之 電鏡圖。 圖8係從不同高度之奈米碳管陣列拉出之奈米碳管膜 . 之拉出角度與其偏振度之關係圖。 【主要元件符號說明】 奈米碳管膜 20 第一奈米碳管片段 201 第二奈米碳管片段 202 第三奈米碳管片段 203 第一區域 204 第二區域 205 催化劑層 21 基底 22 拉取裝置 30 14