[发明专利]碳纳米薄膜/纳-微米网络复合薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了碳纳米薄膜/纳‑微米网络复合薄膜的制备方法，涉及纳米材料及其制备技术领域。通过化学气相裂解碳源，低温生长出的碳纳米薄膜填充于纳‑微米网络的孔隙内，且不覆盖纳‑微米网络表面，形成一复合薄膜。低温生长出的碳纳米薄膜填充了催化剂衬底上的纳‑微米网络的孔隙，经过分离可形成一自支撑的复合薄膜。本发明提供的制备方法包括碳源与纳‑微米网络原位接触法、原位非接触法、非原位低温传输法。本发明提供的制备方法简化了生产步骤，大幅降低了生产成本，具有工业化前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料及其制备技术领域，特别是涉及一种碳纳米薄膜/纳-微米网络复合薄膜的制备方法。

背景技术

自费曼提出“小就是不同”、“在底部还有大量空间”这些具有前瞻性的思想之后，纳米科技得到了长足的研究与发展。随着科学技术的飞速发展和人民生活水平的不断提高，器件向柔性、轻质和小尺寸方向发展已成为大势所趋。纳米材料正好满足这些应用需求，基于纳米材料的不同应用，正在人们的日常生活和高精尖领域中起到越来越大的作用。

碳纳米薄膜，是指主要由碳原子构成二维纳米材料，以石墨烯为代表，石墨烯自2004年首次被制备出来就因其优异的性质受到了极大地关注，这种由碳原子通过sp2杂化形成的具有蜂窝状结构的薄膜，对于可见光具有超过97％的透光率、高达200000cm2/vs的载流子迁移率、良好的柔性以及非常稳定的化学性质等优点，被视作材料领域又一明星。目前主流制备石墨烯薄膜的方法是以过渡族金属铜为衬底、甲烷为碳源的化学气相沉积方法(CVD)，这种方法能够制备出大面积且较高质量的单层石墨烯。然而，这种方式制备出的石墨烯也存在一些缺点。一方面，由于石墨烯自身的狄拉克锥型能带结构，石墨烯的本征载流子浓度过低；另一方面，缺陷和晶界也不可避免的存在于CVD制备的石墨烯中，上述两方面因素共同导致CVD方法直接制备出的石墨烯方块电阻仍然较大，难以满足透明导电薄膜的要求。除此之外，利用过渡族金属作为催化剂制备的石墨烯需要从金属催化剂基底上转移，目前实现这一步骤常用的办法是利用刻蚀溶液将金属基底反应掉，或者通过起泡法使石墨烯和金属基底分离，尽管完美的石墨烯具有较高的力学模量，但由于石墨烯只有单原子层厚，而且制备的石墨烯存在着较多缺陷，导致其在外界环境中仍很难形成自支撑结构，因此上述转移过程通常需要借助于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其他高聚物作为支撑层的保护作用来实现。支撑层的使用不仅加大了转移的难度、增加了成本，而且此类有机链状大分子附着在石墨烯表面时由于范德瓦耳斯力和静电力等作用很难彻底除掉，即使在高温退火的情况下也无法彻底去除，这将进一步降低了石墨烯的本征性能。

纳-微米网络，是指由纳米至微米尺度的孔隙组成的多孔网络。以碳纳米管网络薄膜为例，碳纳米管网络薄膜是由碳纳米管通过分子间作用力、共价键或者静电力的作用形成的网络结构，依据生长或处理条件的不同，其孔隙可在纳米至微米范围内可调。这种网络由于其多孔的特点和自身的超薄结构，对可见光有很高的透过率。同时，碳纳米管同样具有超高的导电性、力学强度以及稳定性。