TW201326031A - 奈米碳管紙之製備方法 - Google Patents
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Abstract
一種奈米碳管紙之製備方法，包括以下步驟：提供至少一滾軸及至少一壓力提供裝置，該至少一壓力提供裝置對應所述至少一滾軸設置一擠壓面，該擠壓面平行於所述至少一滾軸之軸線；提供至少一奈米碳管陣列，從所述至少一奈米碳管陣列中拉取獲得至少一奈米碳管膜結構，並將該至少一奈米碳管膜結構固定於所述至少一滾軸上；滾動所述至少一滾軸，將所述至少一奈米碳管膜結構捲繞在所述至少一滾軸上，所述至少一滾軸滾動過程中所述至少一壓力提供裝置之擠壓面擠壓捲繞在所述至少一滾軸上之奈米碳管膜結構，得到一奈米碳管紙。
Description
本發明涉及一種奈米碳管紙之製備方法。
奈米碳管是目前材料領域之研究熱點之一。由於奈米碳管具有強度高，電導、熱導優良，原材料來源豐富等物理方面之優勢，將奈米碳管制作為宏觀材料而應用其微觀之優良之物理性能，是材料界廣泛關注之熱點，其中，在奈米碳管宏觀材料中佔據重要地位之奈米碳管紙，自出現以來就受到大量之關注。而且，因其優良之導電性、較高之機械強度及極大之長徑比，奈米碳管具有良好之場發射特性，可望在各種高性能之真空電子器件中獲得廣泛應用。
奈米碳管紙，顧名思義，是將奈米碳管通過複數步驟製備為薄膜、紙張狀之宏觀材料。目前，奈米碳管紙之製備方法主要包括奈米碳管之選擇、溶液系分散、抽濾及烘乾成型等基本步驟。由於需要先將奈米碳管分散在溶液中，該製備方法所制得之奈米碳管紙中奈米碳管之取向無法確定，奈米碳管紙中奈米碳管之密度較低，從而大大影響了奈米碳管紙之性能，而且不利於大規模生產。
有鑒於此，提供一奈米碳管密度較高且定向排列之奈米碳管紙之製備方法實為必要。
一種奈米碳管紙之製備方法，包括以下步驟：提供至少一滾軸及至少一壓力提供裝置，該至少一壓力提供裝置對應所述至少一滾軸設置一擠壓面，該擠壓面平行於所述至少一滾軸之軸線；提供至少一奈米碳管陣列，從所述至少一奈米碳管陣列中拉取獲得至少一奈米碳管膜結構，並將該至少一奈米碳管膜結構固定於所述至少一滾軸上；滾動所述至少一滾軸，將所述至少一奈米碳管膜結構捲繞在所述至少一滾軸上，所述至少一滾軸滾動過程中所述至少一壓力提供裝置之擠壓面擠壓捲繞在所述至少一滾軸上之奈米碳管膜結構；及滾動所述至少一滾軸至所述捲繞在至少一滾軸上之奈米碳管膜結構達到一定厚度時停止滾動，得到一奈米碳管紙。
與先前技術相比較，本發明提供之奈米碳管紙之製備方法，具有以下優點：第一、製備過程當中，不經歷任何溶液過程，且所述奈米碳管膜結構是從奈米碳管陣列中抽出，因此，奈米碳管紙中之奈米碳管具有良好之定向性，從而提高了奈米碳管紙之力學強度、導電性及導熱性；第二、所製備之奈米碳管紙具有較高之密度，同樣提高了奈米碳管紙之力學強度、導電性及導熱性，可廣泛應用於電子產品之散熱配件、散熱膜及散熱通道等；第三、從奈米碳管陣列中抽出奈米碳管膜結構，然後將奈米碳管膜結構處理為奈米碳管線，再將該奈米碳管線纏繞在滾軸上擠壓為奈米碳管紙，因此，所制得之奈米碳管紙中複數個奈米碳管線之間具有微間隙，當奈米碳管紙用於電子產品之散熱配件、散熱膜或散熱通道時，可以提高這些散熱配件、散熱膜或散熱通道之散熱效率；第四、製備方法簡單，可以實現自動化一體成型。
本發明提供一奈米碳管紙之製備方法，包括以下步驟：提供至少一滾軸及至少一壓力提供裝置，該至少一壓力提供裝置對應所述至少一滾軸設置一擠壓面，該擠壓面平行於所述至少一滾軸之軸線；提供至少一奈米碳管陣列，從所述至少一奈米碳管陣列中拉取獲得至少一奈米碳管膜結構，並將該至少一奈米碳管膜結構固定於所述至少一滾軸上；滾動所述至少一滾軸，將所述至少一奈米碳管膜結構捲繞在所述至少一滾軸上，所述至少一滾軸滾動過程中所述至少一壓力提供裝置之擠壓面擠壓捲繞在所述至少一滾軸上之奈米碳管膜結構；及滾動所述至少一滾軸至所述捲繞在至少一滾軸上之奈米碳管膜結構達到一定厚度時停止滾動，得到一奈米碳管紙。所述壓力提供裝置之材料或形狀不限，只要是可以提供壓力即可，比如，所述壓力提供裝置為一滾軸或一板體等，當然，並不限定於一滾軸或一板體。
下面將結合附圖及具體實施例，對本發明提供之奈米碳管紙之製備方法作進一步之詳細說明。
具體實施例一
請一併參見圖1、圖2、圖3及圖4，本發明具體實施例一提供一奈米碳管紙之製備方法，具體包括以下步驟：
步驟一、提供至少一第一滾軸281及至少一第二滾軸282，該至少一第一滾軸281及至少一第二滾軸282間隔設置，且所述至少一第一滾軸281及至少一第二滾軸282之軸線平行。
所述第一滾軸281及第二滾軸282均為圓柱形，該第一滾軸281及第二滾軸282之材料不限，且可以將第一滾軸281及第二滾軸282分別固定在一電機38上。所述第一滾軸281及第二滾軸282滾動之方向不限，可以為順時針滾動，也可為逆時針滾動，優選地，所述第一滾軸281及第二滾軸282滾動之方向相反，即第一滾軸281順時針滾動時，第二滾軸282逆時針滾動；第一滾軸281逆時針滾動時，第二滾軸282順時針滾動。本實施例中，第一滾軸281與第二滾軸282之數量均為一，第一滾軸281與第二滾軸282之間間隔之距離優選為30微米至130微米，且第一滾軸與第二滾軸之材料均選用有機玻璃。
步驟二、提供至少一第一奈米碳管陣列101及至少一第二奈米碳管陣列102。
所述第一奈米碳管陣列101及第二奈米碳管陣列102分別形成於複數個基底12上。所述基底12分別具有一第一表面122及與該第一表面122相對之第二表面124，每個基底12之第一表面122上生長有奈米碳管陣列。所述形成有奈米碳管陣列之基底12可以在一平面內排列成直線形、弧形、鋸齒形或其他形狀。該形成有奈米碳管陣列之基底12之數量不限。所述奈米碳管陣列與所述滾軸之位置關係不限。本實施例中，第一奈米碳管陣列101及第二奈米碳管陣列102之數量均為兩，該兩第一奈米碳管陣列101處於同一平面，排列成直線型且設置於第一滾軸281遠離第二滾軸282之一側；該兩第二奈米碳管陣列102處於同一平面，排列成直線型且設置於第二滾軸282遠離第一滾軸281之一側。
所述奈米碳管陣列均由複數個奈米碳管組成，該奈米碳管為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中之一或複數種。本實施例中，所述複數個奈米碳管為多壁奈米碳管，且該複數個奈米碳管基本上相互平行，不含無定型碳或殘留之催化劑金屬顆粒等雜質。所述奈米碳管陣列之製備方法不限，可採用化學氣相沈積法或其他方法制得。優選地，所述奈米碳管陣列均為超順排奈米碳管陣列。
步驟三、從所述至少一第一奈米碳管陣列101中分別拉取複數個奈米碳管，以獲得至少一第一奈米碳管膜結構201，從所述至少一第二奈米碳管陣列102中分別拉取複數個奈米碳管，以獲得至少一第二奈米碳管膜結構202。
從第一奈米碳管陣列101中拉取獲得第一奈米碳管膜結構201之方法具體包括以下步驟：首先，採用一拉伸工具與一第一奈米碳管陣列101中之複數個奈米碳管相黏結；其次，以一定速度沿與第一奈米碳管陣列101之基底12之第一表面122成一預定角度，並沿遠離第一奈米碳管陣列101之方向拉伸該複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管在拉力作用下沿該拉伸方向逐漸脫離基底12之第一表面122之同時，由於凡得瓦力作用，該選定之複數個奈米碳管分別與其他奈米碳管首尾相連地連續地被拉出，以形成一連續之第一奈米碳管膜結構201。該第一奈米碳管膜結構201中之奈米碳管之軸向基本平行於該第一奈米碳管膜結構201之拉伸方向。其中，所述拉伸過程中之預定角度之範圍為大於0°，小於等於30°，優選為大於0°，小於等於5°。本實施例中，所述拉伸工具優選為一具有一定寬度之膠帶，該膠帶之寬度略大於該膠帶與第一奈米碳管陣列101黏結處之寬度，所述預定角度為5°左右當然，所述拉伸工具並不限定於所述膠帶，所述拉伸工具為鑷子或夾子。從第二奈米碳管陣列102中拉取獲得第二奈米碳管膜結構202之方法與從第一奈米碳管陣列101中拉取獲得第一奈米碳管膜結構201之方法相同，這裏不再贅述。本實施例中，第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202之數量均為兩。
所述第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線之直徑均為1微米至15微米，均優選為1微米。
步驟四、將至少一第一奈米碳管膜結構201捲繞在第一滾軸281上，至少一第二奈米碳管膜結構202捲繞在第二滾軸282上，捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201與捲繞在第二滾軸282上之第二奈米碳管膜結構202之間相互擠壓，將所述第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202壓實，得到第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙。
從所述第一奈米碳管陣列101中拉膜時，應確保拉伸之方向均從各個第一奈米碳管陣列101朝向第一基準處221；從所述第二奈米碳管陣列102中拉膜時，應確保拉伸之方向均從各個第二奈米碳管陣列102朝向第二基準處222。在拉伸複數個奈米碳管之過程中，當第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202均為一時，該一第一奈米碳管膜結構201通過第一基準處221；一第二奈米碳管膜結構202通過第二基準處222。當第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202之數量均為複數個時，所述複數個第一奈米碳管膜結構201逐漸向第一基準處221靠近並最終在第一基準處221匯合，由於第一奈米碳管膜結構201有較強之黏性，所述複數個第一奈米碳管膜結構201在第一基準處221會相互黏結在一起；所述複數個第二奈米碳管膜結構202逐漸向第二基準處222靠近並最終在第二基準處222匯合，由於第二奈米碳管膜結構202有較強之黏性，所述複數個第二奈米碳管膜結構202在第二基準處222會相互黏結在一起。其中，在所述複數個第一奈米碳管膜結構201向所述第一基準處221匯合之過程中，所述複數個第一奈米碳管膜結構201中最外端之兩第一奈米碳管膜結構201在所述基準處之最大夾角α大於0°，且小於180°，優選大於0°，且小於等於60°；在所述複數個第二奈米碳管膜結構202向所述第二基準處222匯合之過程中，所述複數個第二奈米碳管膜結構202中最外端之兩第二奈米碳管膜結構202在所述第二基準處222之最大夾角α大於0°，且小於180°，優選大於0°，且小於等於60°。本實施例中，所述兩第一奈米碳管膜結構201在所述第一基準處221之最大夾角α為60°，所述兩第二奈米碳管膜結構202在所述第二基準處222之最大夾角α為60°。
採用一鑷子、夾子等工具將所述至少一第一奈米碳管膜結構201捲繞在第一滾軸281上，將至少一第二奈米碳管膜結構202捲繞在第二滾軸282上，以一定速度滾動第一滾軸281及第二滾軸282，第一奈米碳管膜結構201不斷地捲繞在第一滾軸281上，第二奈米碳管膜結構202不斷地捲繞在第二滾軸282上。
第一滾軸281及第二滾軸282間隔設置，第一滾軸281上捲繞第一奈米碳管膜結構201，第二滾軸282上捲繞第二奈米碳管膜結構202，隨著捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201及捲繞在第二滾軸282上之第二奈米碳管膜結構202之數量之增加，捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201及捲繞在第二滾軸282上之第二奈米碳管膜結構202會相互接觸；此時，第一滾軸281繼續捲繞第一奈米碳管膜結構201，第二滾軸282繼續捲繞第二奈米碳管膜結構202，那麼捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201及捲繞在第二滾軸282上之第二奈米碳管膜結構202會相互擠壓，而且，隨著捲繞在第一滾軸281上第一奈米碳管膜結構201及捲繞在第二滾軸282上第二奈米碳管膜結構202數量之增加，捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201及捲繞在第二滾軸282上之第二奈米碳管膜結構202之間擠壓之壓強會越來越大，並將第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201壓實，將第二滾軸282上之第二奈米碳管膜結構202壓實，如此，得到了高密度定向之第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙。
所述第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202之寬度與第一奈米碳管陣列101及第二奈米碳管陣列102之大小及數量有關。所述奈米碳管紙中奈米碳管之密度取決於捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201及捲繞在第二滾軸282上之第二奈米碳管膜結構202之線密度、第一滾軸281及第二滾軸282之間之距離及第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202相互擠壓之壓強，所述奈米碳管膜之線密度是指每毫米長度滾軸上奈米碳管之數量。所述第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202之線密度均大於等於10根每毫米，優選地，第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202之線密度大於等於80根每毫米。所述第一滾軸281與第二滾軸282之間之距離為30微米至130微米，第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202相互擠壓之壓強為20兆帕至40兆帕。所述第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙中奈米碳管之密度均大於等於0.3g/cm3，且其最高密度均可達1.4g/cm3，並且，所述第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙中奈米碳管之密度均優先為0.5g/cm3~1.2g/cm3。進一步，當第一滾軸281與第二滾軸282之間之距離為70微米至90微米時，得到之第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙中奈米碳管之密度均為0.8g/cm3~0.9g/cm3；當第一滾軸281與第二滾軸282之間之距離為100微米時，得到之第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙中奈米碳管之密度均為1.2g/cm3；當第一滾軸281與第二滾軸282之間之距離為120微米至130微米時，得到之第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙中奈米碳管之密度均為1.4g/cm3。本實施例中，所述第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202之線密度均為80束每毫米，所述第一滾軸281與第二滾軸282之間之距離為100微米，所述第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙中奈米碳管之密度均為1.2g/cm3。
可以理解，上述製備第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙之過程是連續進行之。
進一步地，所述第一滾軸281與第二滾軸282之間通過一彈簧等彈性元件連接，該彈簧也可以連接在電機38上，請參見圖5。該彈簧能夠調整所述第一滾軸281與第二滾軸282之間之距離，進而調節捲繞在第一滾軸281上第一奈米碳管膜結構201及捲繞在第二滾軸282上第二奈米碳管膜結構202之間擠壓之壓強，從而可控制第一奈米碳管紙及第二奈米碳管紙中奈米碳管密度之均勻性。
請參見圖6，進一步地，可用有機溶劑32處理所述第一奈米碳管膜結構201成為第一奈米碳管線241，用有機溶劑32處理所述第二奈米碳管膜結構202成為第二奈米碳管線242。所述有機溶劑32處理第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202具體包括以下步驟：採用一試管或滴瓶30將有機溶劑32滴落在所述第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202之表面，浸潤整個第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202。在有機溶劑32之作用下，第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202之表面張力減小，分別自動收縮成第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242，其中，所述第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242均包括複數個通過凡得瓦力首尾相連之奈米碳管，且該複數個奈米碳管基本沿第一奈米碳管線241或第二奈米碳管線242之軸向擇優取向排列。該有機溶劑32為易揮發性之有機溶劑32，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等。可以理解，上述用有機溶劑32處理所述第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202之步驟為可選步驟。
進一步地，烘乾上述採用有機溶劑32處理後形成之第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242。具體地，可以使經過有機溶劑32處理後形成之第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242分別通過一烘乾箱40，該烘乾箱40之溫度為80°C~100°C，可以加速經有機溶劑32處理後形成之第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242中有機溶劑32之揮發，使得第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線中之奈米碳管排列更加緊密。另，也可以採用一吹風機將第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242中之有機溶劑32吹幹。可以理解，烘乾第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242之步驟為可選步驟。
將所述第一奈米碳管線241纏繞到第一滾軸281上，將所述第二奈米碳管線242纏繞到第二滾軸282上。具體地，採用電機38將第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242分別對應地一圈一圈地纏繞到第一電機38之第一滾軸281及第二電機38之第二滾軸282上，並且第一滾軸281上纏繞之每一圈第一奈米碳管線241緊密排列，形成一膜狀；第二滾軸282上纏繞之每一圈第二奈米碳管線242緊密排列，形成一膜狀，請參見圖6。另，也可採用手工之方法將第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242分別對應地纏繞到第一滾軸281及第二滾軸282上。可以保持所纏繞之第一奈米碳管線241或者第二奈米碳管線242之位置不變，沿著垂直於纏繞第一奈米碳管線241或第二奈米碳管線242之方向移動所述第一滾軸281或第二滾軸282，使所述第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242分別均勻地纏繞在第一滾軸281或第二滾軸282上；也可以均勻移動第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242分別在第一滾軸281及第二滾軸282上之位置，使所述第一奈米碳管線241及第二奈米碳管線242分別均勻地纏繞在第一滾軸281或第二滾軸282上。
請參見圖7，圖7中黑色點為所述第一奈米碳管紙或第二奈米碳管紙平行於奈米碳管之延伸方向之楊氏模量，白色點為所述第一奈米碳管紙或第二奈米碳管紙垂直於奈米碳管之延伸方向之楊氏模量，從圖中可得知，隨著奈米碳管紙中奈米碳管密度之增加，奈米碳管紙平行於奈米碳管之延伸方向及垂直於奈米碳管之延伸方向之楊氏模量均增大。
請參見圖8，圖8中黑色點為所述第一奈米碳管紙或第二奈米碳管紙平行於奈米碳管之延伸方向之電導率，從圖中可得知，隨著奈米碳管紙中奈米碳管密度之增加，奈米碳管紙平行於奈米碳管之延伸方向之電導率增大。
請參見圖9，圖9中黑色點為所述第一奈米碳管紙或第二奈米碳管紙平行於奈米碳管之延伸方向之熱導率，白色點為所述奈米碳管紙垂直於奈米碳管之延伸方向之熱導率，從圖9中可得知，隨著奈米碳管紙中奈米碳管密度之增加，奈米碳管紙平行於奈米碳管之延伸方向及垂直於奈米碳管之延伸方向之熱導率均增大。
具體實施例二
請參見圖10及圖11，本發明具體實施例二進一步提供一奈米碳管紙之製備方法，該奈米碳管紙包括高分子材料36，具體包括以下步驟：
步驟一、提供至少一第一滾軸281及至少一第二滾軸282，該至少一第一滾軸281及至少一第二滾軸282間隔設置，且所述至少一第一滾軸281及至少一第二滾軸282之軸線平行。
步驟二、提供至少一第一奈米碳管陣列101及至少一第二奈米碳管陣列102。
步驟三、從所述至少一第一奈米碳管陣列101中分別拉取複數個奈米碳管，以獲得至少一第一奈米碳管膜結構201，從所述至少一第二奈米碳管陣列102中分別拉取複數個奈米碳管，以獲得至少一第二奈米碳管膜結構202。
步驟四、所述至少一第一奈米碳管膜結構201及至少一第二奈米碳管膜結構202分別與一高分子材料36複合，從而形成至少一第一複合奈米碳管膜及至少一第二複合奈米碳管膜。
所述高分子材料36包括熔融態高分子材料36或高分子溶液，所述熔融態高分子材料36是指高分子材料36在一定溫度下本身形成熔融態，所述高分子溶液是指高分子材料36溶於揮發性有機溶劑而形成之溶液。所述高分子材料36在常溫下為固態，所述高分子材料36為酚醛樹脂（PF）、環氧樹脂（EP）、聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）、對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、苯丙環丁烯(BCB)、聚環烯烴或聚苯胺等。所述揮發性有機溶劑32包括乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等。本實施例中，所述高分子材料36為聚苯胺。
所述至少一第一奈米碳管膜結構201及至少一第二奈米碳管膜結構202與一高分子材料36複合之方法有真空蒸鍍、離子濺射、或者利用一試管、滴瓶30將高分子材料36噴淋到所述第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202等。本實施例中，將一滴瓶30分別放置於第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202之上方，滴瓶30底部具有一滴口34，高分子材料36從滴口34滴落於第一奈米碳管膜結構201及第二奈米碳管膜結構202上。
可選擇的，烘乾上述第一複合奈米碳管膜及第二複合奈米碳管膜。具體步驟為：可以使第一複合奈米碳管膜243及第二複合奈米碳管膜244分別通過一烘乾箱40，該烘乾箱40之溫度為80°C~100°C，可以加速第一複合奈米碳管膜243及第二複合奈米碳管膜244中殘留之溶劑之揮發，使得第一複合奈米碳管膜243及第二複合奈米碳管膜244中之奈米碳管排列更加緊密。另，也可以採用一吹風機將第一複合奈米碳管膜243及第二複合奈米碳管膜244中之溶劑吹幹。
步驟五、將至少一第一複合奈米碳管膜捲繞在第一滾軸281上，至少一第二複合奈米碳管膜捲繞在第二滾軸282上，捲繞在第一滾軸281上之第一複合奈米碳管膜與捲繞在第二滾軸282上之第二複合奈米碳管膜之間相互擠壓，將所述第一複合奈米碳管膜及第二複合奈米碳管膜壓實，得到第三奈米碳管紙及第四奈米碳管紙。
可以理解，可用有機溶劑32處理法處理所述第一複合奈米碳管膜成為第一複合奈米碳管線，用有機溶劑32處理法處理所述第二複合奈米碳管膜成為第二複合奈米碳管線，然後將該第一複合奈米碳管線及第二複合奈米碳管線分別捲繞到第一滾軸281及第二滾軸282上。本實施例中有機溶劑32處理法之具體步驟及將第一複合奈米碳管線及第二複合奈米碳管線分別捲繞到第一滾軸281及第二滾軸282上之步驟與具體實施例一中有機溶劑32處理法之具體步驟及將第一奈米碳管線及第二奈米碳管線分別捲繞到第一滾軸281及第二滾軸282上之步驟均相同。
可以理解，可以將至少一第一奈米碳管膜結構及至少一第二奈米碳管膜結構分別經過有機溶劑32處理法處理成為第一奈米碳管線及第二奈米碳管線後，再將該第一奈米碳管線及第二奈米碳管線分別與所述高分子材料36複合。
具體實施例二與具體實施例一之區別是：具體實施例二比具體實施例一多了奈米碳管與高分子材料36複合之步驟，其餘步驟均相同。
具體實施例二提供之奈米碳管紙與具體實施例一提供之奈米碳管紙之結構之基本相同。其相同之處是：所述奈米碳管紙均包括複數個奈米碳管線，該複數個奈米碳管線之間具有微間隙，所述奈米碳管線包括複數個通過凡得瓦力首尾相連之奈米碳管，該複數個奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。其不同之處：具體實施例一提供之奈米碳管紙僅包括奈米碳管，而具體實施例二提供之奈米碳管紙中還包括高分子材料36，該高分子材料36均勻分散於奈米碳管紙所包含之複數個奈米碳管之間或複數個奈米碳管之表面。
具體實施例三
請參見圖12及圖13，本發明具體實施例三進一步提供一奈米碳管紙之製備方法，其包括以下步驟：
步驟一、提供至少一第一滾軸281及至少一板體29，該至少一第一滾軸281及至少一板體29間隔設置，所述板體29相對於至少一第一滾軸281具有一擠壓面，該擠壓面平行於所述第一滾軸281之軸線。
所述板體29之材料不限，可以為鋼、鐵等金屬，也可以為有機玻璃、矽板、金剛石等非金屬。本實施例中，所述板體29為有機玻璃擋板。所述第一滾軸與板體29之間間隔之距離為優選為30微米至130微米。
步驟二、提供至少一第一奈米碳管陣列101及至少一第二奈米碳管陣列102。
步驟三、從所述至少一第一奈米碳管陣列101中分別拉取複數個奈米碳管，以獲得至少一第一奈米碳管膜結構201，從所述至少一第二奈米碳管陣列102中分別拉取複數個奈米碳管，以獲得至少一第二奈米碳管膜結構202。
步驟四、將至少一第一奈米碳管膜結構201捲繞在第一滾軸281上，所述板體29擠壓捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201，並將該第一奈米碳管膜結構201壓實，得到第一奈米碳管紙。
第一滾軸與板體29間隔設置，第一滾軸281上捲繞第一奈米碳管膜結構201，隨著捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201數量之增加，捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201會接觸到所述板體29；此時，第一滾軸281繼續捲繞第一奈米碳管膜結構201，那麼所述板體29會擠壓捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201，而且，隨著捲繞在第一滾軸281上第一奈米碳管膜結構201數量之增加，板體29對捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201擠壓之壓強會越來越大，並將第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201壓實，如此，得到了高密度定向之第一奈米碳管紙。
具體實施例三與具體實施例一之區別是：具體實施例一中，第一滾軸281及第二滾軸282間隔設置，捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構201及捲繞在第二滾軸282上之第二奈米碳管膜結構202相互擠壓；具體實施例二中，第一滾軸281與一板體29間隔設置，該板體29擠壓捲繞在第一滾軸281上之第一奈米碳管膜結構。除此之外，其餘步驟均相同。
具體實施例四
請參見圖14及圖15，本發明具體實施例四進一步提供一奈米碳管紙之製備方法，其包括以下步驟：
步驟一、提供至少一第一滾軸281及至少一板體29，該至少一第一滾軸281及至少一板體29間隔設置，所述板體29相對於至少一第一滾軸281具有一擠壓面，該擠壓面平行於所述第一滾軸281之軸線。
步驟二、提供至少一第一奈米碳管陣列101及至少一第二奈米碳管陣列102。
步驟三、從所述至少一第一奈米碳管陣列101中分別拉取複數個奈米碳管，以獲得至少一第一奈米碳管膜結構201，從所述至少一第二奈米碳管陣列102中分別拉取複數個奈米碳管，以獲得至少一第二奈米碳管膜結構202。
步驟四、所述至少一第一奈米碳管膜結構201及至少一第二奈米碳管膜結構202與一高分子材料36複合，從而形成至少一第一複合奈米碳管膜及至少一第二複合奈米碳管膜。
步驟五、將第一複合奈米碳管膜捲繞在第一滾軸281上，所述板體29擠壓捲繞在第一滾軸281上之第一複合奈米碳管膜，並將該第一複合奈米碳管膜壓實，得到第三奈米碳管紙。
具體實施例四與具體實施例三之區別是：具體實施例四比具體實施例三多了奈米碳管與高分子材料36複合之步驟，其餘步驟均相同。
本發明提供之奈米碳管紙之製備方法具有以下優點：第一、製備過程當中，不經歷任何溶液過程，且所述奈米碳管膜結構是從奈米碳管陣列中抽出，因此，奈米碳管紙中之奈米碳管具有良好之定向性，從而提高了奈米碳管紙之力學強度、導電性及導熱性；第二、所製備之奈米碳管紙具有較高之密度，同樣提高了奈米碳管紙之力學強度、導電性及導熱性，可廣泛應用於電子產品之散熱配件、散熱膜及散熱通道等；第三、從奈米碳管陣列中抽出奈米碳管膜結構，然後將奈米碳管膜結構處理為奈米碳管線，再將該奈米碳管線纏繞在滾軸上擠壓為奈米碳管紙，因此，所制得之奈米碳管紙中複數個奈米碳管線之間具有微間隙，當奈米碳管紙用於電子產品之散熱配件、散熱膜或散熱通道時，可以提高這些散熱配件、散熱膜或散熱通道之散熱效率；第四、製備方法簡單，可以實現自動化一體成型。
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。舉凡習知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內。
101．．．第一奈米碳管陣列
102．．．第二奈米碳管陣列
12．．．基底
122．．．第一表面
124．．．第二表面
201．．．第一奈米碳管膜結構
202．．．第二奈米碳管膜結構
221．．．第一基準處
222．．．第二基準處
241．．．第一奈米碳管線
242．．．第二奈米碳管線
243．．．第一複合奈米碳管膜
244．．．第二複合奈米碳管膜
38．．．電機
281．．．第一滾軸
282．．．第二滾軸
40．．．烘乾箱
30．．．滴瓶
32．．．有機溶劑
34．．．滴口
36．．．高分子材料
29．．．板體
圖1是本發明具體實施例一提供之奈米碳管紙之製備方法流程圖。
圖2是本發明具體實施例一提供之生長有第一奈米碳管陣列之基底之示意圖。
圖3是本發明具體實施例一提供之生長有第二奈米碳管陣列之基底之示意圖。
圖4是本發明具體實施例一提供之奈米碳管紙之製備過程示意圖。
圖5是本發明具體實施例一提供之奈米碳管紙之另一製備過程示意圖。
圖6是本發明具體實施例一提供之奈米碳管紙之另一製備過程示意圖。
圖7是本發明具體實施例一提供之奈米碳管紙之奈米碳管密度-楊氏模量曲線圖。
圖8是本發明具體實施例一提供之奈米碳管紙之奈米碳管密度-電導率曲線圖。
圖9是本發明具體實施例一提供之奈米碳管紙之奈米碳管密度-熱導率曲線圖。
圖10是本發明具體實施例二提供之奈米碳管紙之製備方法流程圖。
圖11是本發明具體實施例二提供之奈米碳管紙之製備過程示意圖。
圖12是本發明具體實施例三提供之奈米碳管紙之製備方法流程圖。
圖13是本發明具體實施例三提供之奈米碳管紙之製備過程示意圖。
圖14是本發明具體實施例四提供之奈米碳管紙之製備方法流程圖。
圖15是本發明具體實施例四提供之奈米碳管紙之製備過程示意圖。
101．．．第一奈米碳管陣列
102．．．第二奈米碳管陣列
12．．．基底
201．．．第一奈米碳管膜結構
202．．．第二奈米碳管膜結構
221．．．第一基準處
222．．．第二基準處
38．．．電機
281．．．第一滾軸
282．．．第二滾軸
Claims (25)
- 一種奈米碳管紙之製備方法，包括以下步驟：
提供至少一滾軸及至少一壓力提供裝置，該至少一壓力提供裝置對應所述至少一滾軸設置有一擠壓面，該擠壓面平行於所述至少一滾軸之軸線；
提供至少一奈米碳管陣列，從所述至少一奈米碳管陣列中拉取獲得至少一奈米碳管膜結構，並將該至少一奈米碳管膜結構固定於所述至少一滾軸上；及
滾動所述至少一滾軸，將所述至少一奈米碳管膜結構捲繞在所述至少一滾軸上，所述至少一滾軸滾動過程中，所述至少一壓力提供裝置之擠壓面擠壓捲繞在所述至少一滾軸上之奈米碳管膜結構，得到一奈米碳管紙。 - 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一滾軸開始滾動時，該至少一滾軸及至少一壓力提供裝置具有一間隔。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一滾軸滾動過程中，該至少一滾軸及至少一壓力提供裝置一直保持接觸。
- 如申請專利範圍第2或3項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一滾軸及至少一壓力提供裝置之間通過一彈性元件連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一壓力提供裝置為板體。
- 如申請專利範圍第5項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述板體之材料為金屬、有機玻璃、矽板、金剛石。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一滾軸定義為第一滾軸，所述至少一壓力提供裝置也為滾軸，並定義為第二滾軸，所述第一滾軸與第二滾軸之軸線平行。
- 如申請專利範圍第7項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述第一奈米碳管陣列設置於第一滾軸遠離第二滾軸之一側，所述第二奈米碳管陣列設置於第二滾軸遠離第一滾軸之一側。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一奈米碳管膜結構與一高分子材料複合。
- 如申請專利範圍第9項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一奈米碳管膜結構與一高分子材料複合之方法為真空蒸鍍，離子濺射，或者利用一試管、滴瓶將高分子材料噴淋到所述至少一奈米碳管膜結構上。
- 如申請專利範圍第9項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述高分子材料包括熔融態高分子材料或高分子溶液，所述熔融態高分子材料是指高分子材料在一定溫度下本身形成熔融態，所述高分子溶液是指高分子材料溶於揮發性有機溶劑而形成之溶液。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，利用有機溶劑處理所述至少一奈米碳管膜結構成為奈米碳管線，所述有機溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。
- 如申請專利範圍第12項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，將所述奈米碳管線一圈一圈地纏繞到所述至少一滾軸上，並且該至少一滾軸上纏繞之每一圈奈米碳管線緊密排列，形成一膜狀。
- 如申請專利範圍第12項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，利用有機溶劑處理所述至少一奈米碳管膜結構成為奈米碳管線後，進一步包括一烘乾所述奈米碳管線之步驟。
- 如申請專利範圍第12項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述奈米碳管線與一高分子材料複合。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一滾軸及至少一壓力提供裝置之間間隔之距離為30微米至130微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一壓力提供裝置之擠壓面擠壓捲繞在所述至少一滾軸上之奈米碳管膜結構之壓強為20兆帕至40兆帕。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一奈米碳管膜結構之線密度大於等於10根每毫米，該根每毫米是指每毫米長度滾軸上奈米碳管膜結構中奈米碳管之數量。
- 如申請專利範圍第18項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述至少一奈米碳管膜結構之線密度均大於等於80根每毫米。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述奈米碳管紙中奈米碳管之密度大於等於0.3g/cm3，小於等於1.4g/cm3。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，至少一滾軸與至少一壓力提供裝置之間之距離為70微米至90微米時，所述奈米碳管紙中奈米碳管之密度為0.8g/cm3~0.9g/cm3。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，至少一滾軸與至少一壓力提供裝置之間之距離為100微米時，所述奈米碳管紙中奈米碳管之密度為1.2g/cm3。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，至少一滾軸與至少一壓力提供裝置之間之距離為120微米至130微米時，所述奈米碳管紙中奈米碳管之密度為1.4g/cm3。
- 如申請專利範圍第1項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述奈米碳管紙包括複數個通過凡得瓦力首尾相連之奈米碳管。
- 如申請專利範圍第24項所述之奈米碳管紙之製備方法，其中，所述複數個奈米碳管擇優取向排列。
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