專利名稱：碳線、由碳膜形成的納米結(jié)構(gòu)以及它們的制備方法
碳線、由碳膜形成的納米結(jié)構(gòu)以及它們的制備方法技術(shù)領(lǐng)域
總的來說，本發(fā)明涉及碳線、線組件以及它們的制備方法，本發(fā)明尤其涉及采 用了多根碳纖維的碳線、線組件以及它們的制備方法。
本發(fā)明還涉及具有石墨膜的導(dǎo)電膜、導(dǎo)電基底、透明導(dǎo)電板以及它們的制備方 法，其中所述導(dǎo)電膜、導(dǎo)電基底和透明導(dǎo)電板是通過將碳納米管網(wǎng)絡(luò)暴露于Ga蒸氣中而 獲得的。
本發(fā)明還涉及通過將碳源暴露于Ga蒸氣中以獲得石墨膜的方法。
技術(shù)背景
作為碳纖維的一個(gè)實(shí)例，碳納米管(CNT)具有出色的性質(zhì)，因此預(yù)期可將 其用于多種工業(yè)應(yīng)用中。例如，CNT的電阻值幾乎與銅的電阻值一樣低，因而其被 認(rèn)為可用作線材材料。此外，這種CNT能以多種方法制得，例如，在日本專利公開 No.2007-112662(專利文獻(xiàn)1)中所提出的方法。
日本專利公開NO.2007-1U662提出了這樣一種方法，其中將作為金屬催化劑的 鎵(Ga)引入到無定形碳線結(jié)構(gòu)中，并對(duì)其施加直流電，以制備具有所需尺寸、形狀和取 向的CNT。
當(dāng)碳原子通過Sp2雜化軌道被化學(xué)鍵合時(shí)，其形成了具有二維鋪展的六元碳環(huán)的 晶格結(jié)構(gòu)膜，其中所述六元碳環(huán)在平面中堆積。
這種碳原子的二維平面結(jié)構(gòu)體被稱為石墨烯。作為特殊的實(shí)例，呈管狀封閉結(jié) 構(gòu)的石墨烯是碳納米管，而石墨烯層沿法線方向堆積而形成的是石墨。
碳納米管是一種直徑等于或小于Iym的管狀材料，并且理想的情況是，呈六元 碳環(huán)晶格結(jié)構(gòu)的膜的平面與管的軸線平行以形成管，并且可以設(shè)置多個(gè)這種管。從理論 上來說，根據(jù)具有晶格結(jié)構(gòu)的膜中六元碳環(huán)的連接方式以及管的厚度，可預(yù)計(jì)到碳納米 管能表現(xiàn)出金屬性質(zhì)或半導(dǎo)體性質(zhì)，因此預(yù)期碳納米管能成為未來的高性能材料。
例如，日本專利公開No.2007-63051 (專利文獻(xiàn)2)、日本專利公開 No.2002-255528 (專利文獻(xiàn)3)、日本專利公開No.2003_238U6 (專利文獻(xiàn)4)和日本專利 公開No.2000-86219(專利文獻(xiàn)5)公開了這樣一種形成碳納米管組織結(jié)構(gòu)體的方法，該方 法通過(例如)以超聲方式將碳納米管分散在分散介質(zhì)中以制得碳納米管分散液，進(jìn)而將 該分散液滴在平面基底上并使其在基底上干燥，從而設(shè)置碳納米管薄膜。然而，碳納米 管薄膜中的碳納米管僅通過相互接觸而進(jìn)行連接，因此，這種碳納米管薄膜具有接觸電 阻高這一缺點(diǎn)。
正如在石墨膜中所觀察到的那樣，石墨的電性質(zhì)(例如帶隙、分?jǐn)?shù)量子霍爾效 應(yīng)等)根據(jù)其切割的大小不同而不同，因此近年來，石墨不僅在物理現(xiàn)象方面、還在未 來設(shè)備應(yīng)用方面獲得極大的關(guān)注。
K.S.Novoselov 等人，Science 306 (2004)，666-669 頁(非專利文獻(xiàn) 1)； K.S.Novoselov 等人，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.102 (2005)，10451-10453 頁(非專利文獻(xiàn)2) ； C.Berger 等人，J.Phys.Chem.B 108(2004), 19912-19916 頁(非專利文獻(xiàn) 3)；以及 YuanboZhang 等人，Nature 438，201-204 頁，(2005 年 11 月 10 日)(非專利文獻(xiàn) 4)均披露了用以制備單層石墨膜(即石墨烯)的技術(shù)。
K.S.Novoselov 等人，Science 306(2004), 666-669 頁(非專利文獻(xiàn) 1)和 K.S.Novoselov 等人，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.102 (2005)，10451-10453 頁(非專利文獻(xiàn) 2)中披露了典型的傳統(tǒng)技術(shù)。更具體地說，將透明膠帶粘在石墨晶體上以剝離石墨， 從而在具有氧化表面的硅基底上留下單片石墨烯，由此發(fā)現(xiàn)了單層石墨烯并對(duì)其加以利 用。這種技術(shù)是比較原始的方法。
C.Berger 等人，J.Phys.Chem.B 108 Q004)，19912-19916 頁(非專利文獻(xiàn) 3)公開了這樣一種方法在超高真空環(huán)境中進(jìn)行1400-1600°C下的高溫處理，以分解SiC單晶表 面，并且在選擇性地使&升華之后，便合成得到單層石墨烯。此外，該非專利文獻(xiàn)還公 開了首先形成金剛石微晶，然后在1600°C下進(jìn)行處理以由金剛石獲得石墨烯。
Yuanbo Zhang 等人，Nature 438, 201-204 頁(2OO5 年 11 月 10 日)(非專利文獻(xiàn) 4)公開了利用化學(xué)氣相沉積來制備石墨烯的方法。更具體地說，在700-850°C下，使樟 腦蒸氣在Ni晶面處進(jìn)行熱分解以獲得石墨烯。
然而，很難利用這些方法來處理一般的工業(yè)化生產(chǎn)。此外，這些方法不能提供 對(duì)于設(shè)備應(yīng)用來說是必不可少的大面積的石墨膜。
現(xiàn)有文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1
專利文獻(xiàn)2
專利文獻(xiàn)3
專利文獻(xiàn)4
專利文獻(xiàn)5
非專利文獻(xiàn)
非專利文獻(xiàn)1 K.S.Novoselov 等人，kience 306 (2004)，666-669 頁。
非專利文獻(xiàn)2 K.S.Novoselov 等人，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 102 (2005)， 10451-10453 頁。
非專利文獻(xiàn)3 C.Berger 等人，J.Phys.Chem.B 108 Q004)，19912-19916 頁。
非專利文獻(xiàn)4 Yuanbo Zhang 等人，Nature 438，201-204 頁(2005 年 11 月 10日)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題
上述常規(guī)的CNT生產(chǎn)方法側(cè)重于控制CNT單體的尺寸等方面。然而，當(dāng)考慮 到CNT的工業(yè)應(yīng)用時(shí)，有必要對(duì)多個(gè)這種CNT進(jìn)行組裝以制備更長(zhǎng)的線材(或碳線)。 本發(fā)明人研究表明，盡管單個(gè)CNT的電阻非常低，但是當(dāng)將多個(gè)這種CNT(例如，每個(gè) CNT的長(zhǎng)度均為幾十微米到幾百微米)聚集在一起(例如，絞在一起)以形成線材(或碳 線)時(shí)，該碳線所展示出的電阻值比銅線的電阻值高出約3個(gè)數(shù)量級(jí)。日本專利公開NO.2007-1U662 日本專利公開No.2007-63051 日本專利公開No.2002-255528 日本專利公開NO.2003-238U6 日本專利公開No.2000-86219
本發(fā)明克服了上述這些缺點(diǎn)，本發(fā)明構(gòu)建了這樣一種碳線以及采用該碳線的線 組件，其中所述碳線是通過使用電阻值足夠低的CNT或類似碳纖維而得到的。
此外，本發(fā)明還構(gòu)建了導(dǎo)電膜、采用這種導(dǎo)電膜的導(dǎo)電基底和透明導(dǎo)電板、以 及可重復(fù)地制備這種導(dǎo)電膜、導(dǎo)電基底和透明導(dǎo)電板的方法，其中所述導(dǎo)電膜具有碳納 米管網(wǎng)絡(luò)，該碳納米管網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)借助于石墨膜而連接在一起的電阻低的碳納米管形 成。
此外，本發(fā)明還構(gòu)建了一種石墨膜的制備方法，這種方法能夠以非常好的再現(xiàn) 性合成得到大面積的石墨膜。
解決問題的方法
根據(jù)本發(fā)明，碳線包括組件部分和石墨層。所述組件部分由多根碳纖維相互接 觸而形成。所述石墨層設(shè)置在所述組件部分的外周。
因此，所述碳線可具有用于保持組件部分的外周石墨層，以確保組件部分的碳 纖維相互接觸。這使得隨著施加在組件部分中的碳纖維間的相互接觸區(qū)域上的壓力增 加，該相互接觸的面積也會(huì)隨之增大。這可以防止組件部分中的碳纖維間相互接觸不 足，從而防止碳線的電阻值增加。此外，石墨層也可以起到導(dǎo)電層的作用，從而使碳線 的電阻值進(jìn)一步降低。
在上述碳線中，碳纖維可以是碳納米管。由于碳納米管表現(xiàn)出令人滿意的導(dǎo)電 性(或具有低的電阻值)，因此碳線的電阻值可進(jìn)一步降低。
在上述碳線中，石墨層可以為碳納米管。石墨層還可起到導(dǎo)電層的作用，因此 能更有效地降低碳線的電阻。
根據(jù)本發(fā)明，線組件包括多根上述碳線。這使得線組件具有足夠低的電阻。此 外，多根碳線使得線組件具有大的橫截面積，因此使線組件能夠通過較大的電流。
根據(jù)本發(fā)明，碳線的制備方法包括以下步驟制備由相互接觸的多根碳纖維形 成的組件部分；以及將所述組件部分的表面暴露于液態(tài)鎵中，以在所述組件部分的表面上設(shè)置石墨層。
這樣便使得組件部分中裸露在表面的碳纖維部分被暴露在液態(tài)鎵中，從而通過 液態(tài)鎵的催化作用而設(shè)置石墨層。將該方法與(例如)通過蒸氣沉積而在組件部分的表 面上直接設(shè)置石墨層的方法進(jìn)行對(duì)比，前者的工藝能夠在比后者更低的溫度下進(jìn)行以設(shè) 置石墨層，從而提供本發(fā)明的碳線。
在上述的碳線制備方法中，可通過向組件部分施加壓應(yīng)力來進(jìn)行上述暴露步 驟。這樣便能夠在向組件部分施加壓應(yīng)力的同時(shí)來設(shè)置石墨層，從而能夠得到這樣的碳 線構(gòu)成組件部分的碳纖維間的接觸面積會(huì)隨著施加到該面積上的壓力增加而增大。這 進(jìn)一步確保碳線具有更低的電阻值。
在上述的碳線制備方法中，可通過對(duì)液態(tài)鎵進(jìn)行壓縮以對(duì)組件部分施加壓應(yīng) 力，從而進(jìn)行暴露步驟。對(duì)液態(tài)鎵進(jìn)行壓縮(例如，通過增加與液態(tài)鎵發(fā)生接觸的環(huán)境 氣體的壓力，或者將Ga和CNT封閉在膠囊或類似容器中然后將其與膠囊(或容器)一同 壓縮)能夠有助于向組件部分施加壓應(yīng)力。
在上述的碳線制備方法中，可通過使液態(tài)鎵與經(jīng)壓力調(diào)節(jié)的環(huán)境氣體接觸以壓 縮液態(tài)鎵，從而進(jìn)行暴露步驟。這樣可以方便地壓縮液態(tài)鎵。此外，調(diào)節(jié)環(huán)境氣體的壓力便于調(diào)節(jié)施加到液態(tài)鎵上的壓力值。
在上述的碳線制備方法中，可利用溫度為450°C _750°C的液態(tài)鎵來進(jìn)行暴露步 驟。這樣能夠更有效地引發(fā)液態(tài)鎵的催化反應(yīng)，從而在組件部分的外周上設(shè)置石墨層。 要注意的是，液態(tài)鎵的溫度下限設(shè)為450°C，這是因?yàn)槿绻簯B(tài)鎵的溫度低于該溫度，則 液態(tài)鎵不能有效地進(jìn)行催化反應(yīng)。此外，液態(tài)鎵的溫度上限設(shè)為750°C，以防止組件部分 中的碳纖維成分發(fā)生分解。
上述碳線制備方法可包括設(shè)置無定形碳層以作為組件部分的表層的步驟，該步 驟在所述暴露步驟之前進(jìn)行。通過預(yù)先設(shè)置起到石墨層作用的無定形碳層，能夠在設(shè)置 石墨層的同時(shí)維持組件部分中的碳纖維結(jié)構(gòu)。這能夠提高碳線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度。
上述碳線制備方法還可包括除去粘附在碳線表面上的鎵的步驟，該步驟在所述 暴露步驟之后進(jìn)行。所述暴露步驟可能會(huì)導(dǎo)致碳線表面上的液態(tài)鎵固化并因此粘附于表 面上。該除去步驟能將固化鎵從碳線表面上除去。
根據(jù)本發(fā)明，制備線組件的方法包括以下步驟根據(jù)上述的碳線制備方法來制 備多根碳線；以及將所述多根碳線絞在一起以形成線組件。這樣本發(fā)明的低電阻碳線便 能夠用于制備線組件。
此外，本發(fā)明提供這樣的導(dǎo)電膜，其具有由通過石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納 米管形成的碳納米管網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明提供一種制備該導(dǎo)電膜的方法，包括將碳納米管網(wǎng)絡(luò)暴露在Ga蒸氣中以 設(shè)置石墨膜的步驟。從相圖中可看出，大塊的Ga和碳為非固溶型。然而本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)， 在微觀尺寸下，在鎵與碳的表面處形成了鍵，并且Ga蒸氣本身對(duì)石墨化反應(yīng)具有催化作用。
本發(fā)明提供一種制備所述導(dǎo)電膜的方法，包括以下步驟在碳納米管網(wǎng)絡(luò)上設(shè) 置無定形碳膜；以及將碳納米管網(wǎng)絡(luò)和在所述設(shè)置無定形碳膜的步驟中獲得的無定形 碳膜暴露在Ga蒸氣中，以設(shè)置石墨膜。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，無論Ga是呈原子聚合形式的 液體、還是為具有游離原子的蒸氣形式，其均能夠在無定形碳的表面上轉(zhuǎn)化石墨結(jié)構(gòu)， 即，引發(fā)無定形碳表面的石墨化反應(yīng)。換言之，本發(fā)明包括使Ga蒸氣作用于無定形碳或 類似碳源上、以使其表面石墨化的步驟。要注意的是，在本發(fā)明中，石墨膜包括單層形 式的石墨烯膜、以及由多層石墨烯膜堆積而成的石墨膜。
根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電膜制備方法優(yōu)選在所述暴露步驟之前還包括對(duì)形成碳納米管 網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)碳納米管的相互接觸部分進(jìn)行機(jī)械壓焊的步驟。
本發(fā)明提供一種由基底和設(shè)置在該基底上的導(dǎo)電膜形成的導(dǎo)電基底，其中所述 導(dǎo)電膜具有由通過石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納米管形成的碳納米管網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明提供一種制備所述導(dǎo)電基底的方法，包括以下步驟在基底上形成碳納 米管網(wǎng)絡(luò)；以及將所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)暴露在Ga蒸氣中以設(shè)置石墨膜。
本發(fā)明提供一種制備所述導(dǎo)電基底的方法，包括以下步驟在基底上形成碳納 米管網(wǎng)絡(luò)；在所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置無定形碳膜；以及將碳納米管網(wǎng)絡(luò)和在設(shè)置無定 形碳膜的步驟中所獲得的無定形碳膜暴露在Ga蒸氣中，以設(shè)置石墨膜。
根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電基底制備方法優(yōu)選在所述暴露步驟之前還包括對(duì)形成碳納米 管網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)碳納米管的相互接觸部分進(jìn)行機(jī)械壓焊的步驟。
本發(fā)明提供一種由樹脂板和設(shè)置在該樹脂板上的導(dǎo)電膜形成的透明導(dǎo)電板，其 中所述導(dǎo)電膜具有由通過石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納米管形成的碳納米管網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述透明導(dǎo)電板中，具有導(dǎo)電膜的樹脂板表面由熱固 性樹脂和紫外(UV)光固化樹脂中的一種形成。
本發(fā)明提供一種制備所述透明導(dǎo)電板的方法，包括以下步驟在基底上形成碳 納米管網(wǎng)絡(luò)；將所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)暴露在Ga蒸氣中，以設(shè)置石墨膜；以及將在所述暴露 步驟中得到的導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)移至樹脂板上，其中所述導(dǎo)電膜具有由通過石墨膜連接在一起的 多個(gè)碳納米管形成的碳納米管網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明提供一種制備所述透明導(dǎo)電板的方法，包括以下步驟在基底上形成碳 納米管網(wǎng)絡(luò)；在所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置無定形碳膜；將碳納米管網(wǎng)絡(luò)和在設(shè)置無定形 碳膜的步驟中所獲得的無定形碳膜暴露在Ga蒸氣中，以設(shè)置石墨膜；以及將在所述暴露 步驟中得到的導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)移至樹脂板上，其中所述導(dǎo)電膜具有由通過石墨膜連接在一起的 多個(gè)碳納米管形成的碳納米管網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)本發(fā)明，所述透明導(dǎo)電板制備方法優(yōu)選在所述暴露步驟之前還包括對(duì)形成 碳納米管網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)碳納米管的相互接觸部分進(jìn)行機(jī)械壓焊的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述透明導(dǎo)電板的制備方法包括將導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)移至由熱 固性樹脂和紫外光固化樹脂中的一者形成的樹脂板表面上的步驟，并且該方法還包括設(shè) 定/固化所述熱固性樹脂和紫外光固化樹脂中的一者的步驟。
此外，本發(fā)明提供一種制備石墨膜的方法，其通過將碳源表面暴露在Ga蒸氣 中，以在碳源表面上設(shè)置石墨膜。
優(yōu)選地，所述Ga蒸氣的溫度等于或高于600°C。溫度為600°C或更高的Ga蒸 氣能使石墨化反應(yīng)令人滿意地進(jìn)行。
優(yōu)選地，所述Ga蒸氣在碳源表面上具有均勻的蒸氣壓。這使得所設(shè)置的石墨膜 具有均勻的性質(zhì)。
優(yōu)選地，所述Ga蒸氣被等離子化。
此外，優(yōu)選地，所述碳源位于基底上，并且所述等離子化的Ga蒸氣與溫度等于 或高于400°C的基底接觸。
當(dāng)其上施加有無定形碳原材料的基材的溫度被維持在約400°C這樣的低溫時(shí)，等 離子化的Ga蒸氣能夠使石墨膜形成。半導(dǎo)體裝置工藝對(duì)溫度限制特別嚴(yán)格，以保持通 道、源極層/漏極層等的雜質(zhì)狀況。例如，加工過程中溫度不能設(shè)定為約500°C或更高。 在等于或低于約400°C下，等離子化的鎵顯示出催化作用。
優(yōu)選地，所述碳源為無定形碳。
優(yōu)選地，所述無定形碳是在單晶基底上設(shè)置的無定形碳膜，其中所述單晶基底 由選自SiC、Ni、Fe、Mo和Pt中的一種材料形成。
例如，當(dāng)在氧化硅膜上設(shè)置石墨膜時(shí)，所設(shè)置的石墨膜不必為單晶膜，而是可 為具有廣義的域結(jié)構(gòu)的多晶膜。由SiC、Ni、Fe、Mo、P等晶體基底構(gòu)成底層基底可以 使得石墨膜設(shè)置為單晶膜。
優(yōu)選地，所述碳源為烴類材料。在本發(fā)明中，可以使用除了無定形碳之外的其 他碳源，例如菲、芘、樟腦或類似的烴類材料。
根據(jù)本發(fā)明，在石墨膜的制備方法中，所述碳源可為三維無定形碳結(jié)構(gòu)，其表 面暴露于Ga蒸氣中，以設(shè)置具有三維表面結(jié)構(gòu)的石墨膜。
例如，作為催化劑使用的Ga蒸氣不僅可以使平面形式的無定形碳石墨化，也可 以使柱狀或類似的任何三維空間幾何形狀的無定形碳的表面石墨化。
此外，本發(fā)明涉及這樣一種制備石墨膜的方法，該方法通過將Ga蒸氣和碳源原 料氣體混合在一起、并供給該混合物，從而在基底上設(shè)置石墨膜。這使得基底上具有相 對(duì)較厚的石墨膜。
優(yōu)選地，Ga蒸氣的溫度等于或高于600°C。
優(yōu)選地，Ga蒸氣被等離子化。
優(yōu)選地，等離子化的Ga蒸氣與溫度等于或高于400°C的基底接觸。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明能夠獲得低電阻碳線和低電阻線組件。
此外，本發(fā)明能夠獲得具有碳納米管網(wǎng)絡(luò)的低電阻導(dǎo)電膜，以及利用該導(dǎo)電膜 的導(dǎo)電基底和透明導(dǎo)電板。
本發(fā)明的附加效果還包括具有較高的透光性。如果使用微粒等來形成具有導(dǎo)電 性的基底表面，則必須使這種顆粒緊密堆積在一起以完全覆蓋基底表面。而與此不同的 是，使用碳納米管時(shí)則無須完全覆蓋基底表面。碳納米管并不完全覆蓋基底表面，從而 使基底表面具有許多間隙，這可以有助于光的透過。
此外，本發(fā)明的石墨膜制備方法適用于生產(chǎn)用于各種電子設(shè)備、大尺寸顯示器 等的透明導(dǎo)電板。對(duì)于設(shè)備應(yīng)用而言，本發(fā)明有助于實(shí)現(xiàn)單晶石墨膜的有效的大規(guī)模 生產(chǎn)。此外，對(duì)于透明導(dǎo)電板而言，本發(fā)明能夠提供用于獲得大面積的多層石墨膜的方 法。
附圖簡(jiǎn)要說明


圖1為示出本發(fā)明碳線的一種實(shí)施方案的示意性截面圖。
圖2為沿圖1中所示線II-II進(jìn)行截取而獲得的截面圖。
圖3為示出本發(fā)明線組件的一種實(shí)施方案的示意性截面圖。
圖4為示出制備圖3所示線組件的方法的流程圖。
圖5為示出制備本發(fā)明線組件的另一方法的流程圖。
圖6為示出圖5中所示包覆步驟的示意圖。
圖7為示出圖5中所示Ga催化反應(yīng)步驟的示意圖。
圖8示意性地示出了一種制備本發(fā)明導(dǎo)電膜、導(dǎo)電基底和透明導(dǎo)電板的方法。
圖9為本發(fā)明中所用的石墨膜生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。
圖10為本發(fā)明中所用的石墨膜生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。
圖11為石墨膜生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖，其示出了附屬的Ga反應(yīng)室 的構(gòu)造。
圖12為采用Ga等離子體的石墨膜生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。
圖13為石墨膜生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖，該石墨膜生產(chǎn)裝置具有獨(dú) 立的碳材料供給系統(tǒng)和Ga供給系統(tǒng)，以形成大面積的透明導(dǎo)電板。
本發(fā)明實(shí)施方案
下面參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方案。在附圖中，相同或相應(yīng)的組件采用相同 標(biāo)記，并且不會(huì)詳細(xì)地重復(fù)描述。
<碳線、線組件以及它們的制備方法>
圖1為示出本發(fā)明碳線的一種實(shí)施方案的示意性截面圖。圖2為沿圖1中所示 線II-II進(jìn)行截取而獲得的示意性截面圖。參見圖1和圖2，本發(fā)明提供一種碳線1，下 面將對(duì)碳線1進(jìn)行描述。要注意的是，圖1所示出的碳線1的截面是在沿與其縱向垂直 的方向上看到的截面，圖2所示出的碳線1的截面是在沿其縱向方向上看到的截面。
如圖1和圖2所示，碳線1包含組件部分3和石墨層4。組件部分3由多根碳纖 維構(gòu)成，這些碳纖維是由相互接觸的碳納米管2形成的。石墨層4圍繞組件部分3。雖 然在圖1和圖2所示出的截面中，碳線1由兩個(gè)碳納米管2構(gòu)成，但是在碳線1的截面中 可以看到其組件部分3可由兩個(gè)或多個(gè)(例如3個(gè)或4個(gè))碳納米管(CNT)2構(gòu)成。而 且，如圖1和圖2所示，組件部分3由相互接觸的碳納米管2構(gòu)成。此外，如圖2所示， 從碳線1的縱向上可看到碳線1同樣具有依次相互接觸的碳納米管2，由此使得組件部分 3的碳納米管2形成了沿著碳線1的縱向延伸的導(dǎo)電通路，并且該導(dǎo)電通路能夠使電流從 其中穿過。
因此，碳線1可以具有由石墨層4形成的外周，其中石墨層4保持著組件部分3 以確保組件部分3具有相互接觸的碳納米管2。這使得隨著施加在組件部分3中碳納米管 2間的相互接觸區(qū)域上的壓力增加，該相互接觸的面積也會(huì)隨之增大。這樣可以防止組件 部分3中碳納米管2之間的相互接觸不充分，因而防止碳線1的電阻值增加。此外，石 墨層4也可以起到導(dǎo)電層的作用，使得碳線1的電阻值進(jìn)一步降低。
此外，碳線1包含由碳纖維構(gòu)成的組件部分3，而碳纖維由導(dǎo)電性令人滿意的碳 納米管2形成，由此確保碳線1具有更低的電阻值。
優(yōu)選地，碳線1具有由碳納米管形成的石墨層4。在這種情況下，石墨層4也可 起到導(dǎo)電層的作用，從而能夠使碳線1具有更低的電阻。
此外，優(yōu)選地，石墨層4使得構(gòu)成組件部分3的碳納米管2彼此間擠壓。這使 得隨著施加在組件部分3中碳納米管2間的相互接觸區(qū)域上的壓力增加，該相互接觸的面 積也會(huì)隨之增大；并且隨著施加在石墨層4與組件部分3的碳納米管2間的接觸區(qū)域上的 壓力增加，還會(huì)使得該接觸區(qū)域的面積隨之增大。因此，能夠形成低電阻的碳線1。
圖3為示出本發(fā)明線組件的一種實(shí)施方案的示意性截面圖。參見圖3，本發(fā)明提 供一種線組件5，將在下文中對(duì)其進(jìn)行描述。要注意的是，圖3所示出的截面是在與其縱 向垂直的方向上看到的截面。
參見圖3，線組件5包含多根上述碳線1(在圖3中，線組件5包含7根碳線1)。 因此，能夠使用本發(fā)明的低電阻碳線1來形成電阻足夠低的線組件5。此外，使用多根碳 線1使得線組件5具有大的截面面積，因此能通過更大的電流。另外，線組件5中的多 根碳線1可以絞在一起，或是被圍繞著多根碳線1的夾緊元件(clampingmember)簡(jiǎn)單地 捆綁并束縛在一起。例如，所述夾緊元件可以為由(例如)絕緣體(例如，樹脂)形成 的環(huán)形夾具。
要注意的是，線組件5可由與圖3所示數(shù)量不同的碳線1構(gòu)成(例如，該線組件 可由2根或任意更多根碳線構(gòu)成)。此外，盡管圖3所示的線組件5由結(jié)構(gòu)完全相同的碳線1構(gòu)成，但是在線組件5的截面的某些部分，碳線1的構(gòu)成可存在區(qū)別。例如，觀察 線組件5的截面，其截面中心處捆綁在一起的、由碳納米管2構(gòu)成的碳線1 (見圖1)的根 數(shù)較多(可在與碳線1延伸方向垂直的方向上的截面中看出)(例如，10根或更多根碳納 米管2);而在線組件5的截面處可看到，在線組件5的外周處，捆綁在一起的、由碳納 米管2構(gòu)成的碳線1的根數(shù)少于中心處位于碳線1中的碳納米管2的根數(shù)(例如，捆綁在 一起的碳納米管2的根數(shù)少于10，更具體為5根或更少)。
此外，如下文中所將描述的那樣，按照為碳線1設(shè)置石墨層4的步驟中的做法， 可以將線組件5暴露在液態(tài)鎵(Ga催化劑)中，以設(shè)置圍繞線組件5的石墨層。隨后， 制備多根線組件5，并且將這些線組件5捆綁在一起，以制備具有較大截面積的線材，其 中每一根線組件5的外周均被石墨層圍繞。此外，將這種線材也暴露在液態(tài)鎵中，以使 其具有圍繞該線材的石墨層。進(jìn)一步，將多根這種線材(其外周均被石墨層圍繞)捆綁 在一起，以構(gòu)成具有更大截面積的線材。于是，重復(fù)地進(jìn)行如下步驟將線材捆綁在一 起以提供線組件；將線組件暴露在液態(tài)鎵中，以在該線組件的表面設(shè)置石墨層；將多個(gè) 這種線組件(其上均設(shè)置有石墨層)繼續(xù)捆綁在一起，這樣便制得電阻更低且直徑更大的 線組件。
圖4為示出制備圖3所示線組件的方法的流程圖。參照?qǐng)D4，下面將描述制備圖 3中的線組件的方法。
如圖4所示，在線組件5的制備方法中，首先進(jìn)行CNT制備步驟610)。在該 CNT (碳納米管)制備步驟610)中，通過常規(guī)已知的方法制備短(例如，長(zhǎng)度為若干微 米)碳納米管。
例如，設(shè)置用以制備CNT的基底，并在該基底的表面上設(shè)置底層膜，并且在該 底層膜上形成多個(gè)用作用于形成碳納米管的催化劑的納米顆粒，這些納米顆粒形成為分 散的形式。構(gòu)成底層膜的材料優(yōu)選為(例如)氧化鋁、二氧化硅、鋁酸鈉、明礬、磷 酸鋁或類似的鋁化合物；氧化鈣、碳酸鈣、硫酸鈣或類似的鈣化合物；氧化鎂、氫氧化 鎂、硫酸鎂或類似的鎂化合物；或磷酸鈣、磷酸鎂或類似的磷灰石材料。納米顆粒可由 活性金屬構(gòu)成，例如釩(V)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、 鋅(Zn)等。
此外，例如，納米顆粒的尺寸等于或小于lOOnm、優(yōu)選為0.5nm_10nm、更優(yōu)選 為1.0nm_5nm。另外，底層膜的厚度可以為(例如)2.0nm_100nm。
將用于形成碳納米管的源材料氣體供給到其上形成有納米顆粒的基底表面上， 并在這種條件下加熱該基底。這樣，碳納米管在設(shè)置于基底表面上的納米顆粒表面上進(jìn) 行生長(zhǎng)。如下面所將描述的那樣，將這樣生長(zhǎng)得到的碳納米管用于形成組件部分，該組 件部分由多個(gè)聚集在一起的碳納米管構(gòu)成。
接下來，如圖4所示，進(jìn)行CNT組件形成步驟620)。在該步驟620)中，使 用常規(guī)已知的方法將步驟610)中所制得的多個(gè)碳納米管絞在一起，以形成由該碳納米 管形成的組件部分。在該步驟620)中，可以使用常規(guī)已知的方法來形成碳納米管的組 件部分。例如，可以鄰近地放置所需數(shù)量的納米尺寸催化劑，以使碳納米管(CNT)生 長(zhǎng)，由此將所需數(shù)量的碳納米管結(jié)合在一起，或者此外，可將多個(gè)碳納米管的末端夾住 并旋轉(zhuǎn)，從而形成絞線。
接下來，進(jìn)行Ga催化反應(yīng)步驟630)。在該步驟630)中，將在步驟620)中 由碳納米管形成的組件部分的表面暴露在液態(tài)鎵(Ga)中。這樣，借助于液態(tài)鎵的催化反 應(yīng)，使得由碳納米管形成的組件部分的表面層轉(zhuǎn)化為圍繞該組件部分的石墨層。因此， 如圖1和圖2所示，能夠獲得被石墨層4圍繞的、具有組件部分3的碳線1。也就是說， 步驟(SlO)至630)與制備碳線1的方法相對(duì)應(yīng)。
在該操作中，液態(tài)鎵的溫度為450°C _750°C、更優(yōu)選為550°C _700°C。這樣能 夠更有效地引發(fā)液態(tài)鎵的催化反應(yīng)，從而在組件部分3的外周形成石墨層。
此外，優(yōu)選在向組件部分3施加壓應(yīng)力的同時(shí)，進(jìn)行將組件部分的表面暴露在 液態(tài)鎵中以設(shè)置石墨層的步驟630)。在組件部分3受到壓應(yīng)力的同時(shí)設(shè)置石墨層4能夠 形成這樣的碳線1，其中該碳線1中構(gòu)成組件部分3的碳納米管2間的接觸面積會(huì)隨著施 加到該面積上的壓力增加而增大。這進(jìn)一步確保碳線1和線組件5獲得更低的電阻值。
此外，在步驟630)中，優(yōu)選將液態(tài)鎵進(jìn)行壓縮以向組件部分3施加壓應(yīng)力。 更優(yōu)選地，可以調(diào)節(jié)與液態(tài)鎵接觸的環(huán)境氣體的壓力以壓縮液態(tài)鎵。例如，可以將液態(tài) 鎵放置在容器(小室)中的浴鍋內(nèi)，并且可調(diào)節(jié)該小室中的環(huán)境氣體(該環(huán)境氣體與液態(tài) 鎵接觸)的壓力。這樣被壓縮的液態(tài)鎵能夠方便地向組件部分3施加壓應(yīng)力。此外，這 種壓力經(jīng)調(diào)節(jié)的環(huán)境氣體能夠方便地調(diào)節(jié)施加到液態(tài)鎵上的壓力值。要注意的是，該環(huán) 境氣體可為(例如)氬氣、氮?dú)?、或與碳納米管及液態(tài)鎵不易反應(yīng)的惰性氣體。此外， (例如)可這樣設(shè)置環(huán)境氣體的壓力，使得鎵(Ga)蒸氣壓達(dá)lOMpa、更優(yōu)選達(dá)到1X10_5 托至IMpa。
接下來，進(jìn)行除去粘附的Ga的步驟640)。更具體而言，在設(shè)置石墨層之后、 也就是在進(jìn)行步驟630)之后，將粘附在碳線1表面上的鎵除去，即進(jìn)行除去粘附的 Ga的步驟(S40)，以除去粘附在所設(shè)置的碳線1表面(即石墨層4的表面)上的鎵?？?通過任何方法除去稼。例如，可以向碳線1噴灑能夠溶解鎵的溶液(例如，稀鹽酸或稀 硝酸)，或者可使用這種溶液的浴液以將碳線1浸入其中。這能夠從碳線1的表面上除去 鎵，其中鎵在步驟630)中固化并因此粘附在碳線1的表面上。這樣能夠在后續(xù)步驟或 加工步驟650)中使固化的鎵在形成線組件5時(shí)引發(fā)缺陷的可能性降低。
將步驟610)至(S40)進(jìn)行多次、或進(jìn)行步驟620)，以形成由碳納米管構(gòu)成的 多個(gè)組件部分，并且將多個(gè)組件部分同時(shí)且并行地進(jìn)行步驟630)和步驟640)，以獲得 多根碳線。這樣，利用步驟610)至640)(其示出了碳線的制備方法)來進(jìn)行多根碳線 的制備過程。
接下來，進(jìn)行加工步驟650)，以將多根碳線1絞在一起以形成線組件5(見圖 3)，其中所述碳線1是通過步驟(SlO)至步驟(S40)而獲得的。在該步驟850)中，能 夠使用任何常規(guī)熟知的方法來將多根碳線1絞在一起。例如，可以鄰近地設(shè)置所需數(shù)量 的納米尺寸催化劑以使碳納米管生長(zhǎng)，從而使得所需數(shù)量的碳納米管結(jié)合在一起，或者 此外，可將多個(gè)碳納米管的末端夾住并旋轉(zhuǎn)，從而形成絞線。如圖3所示，由此可獲得 由碳線1形成的低電阻的線組件5。
如步驟630)中所描述的那樣，上述制備碳線1或線組件5的方法將組件部分 3的碳納米管中裸露于表面的部分暴露在液態(tài)鎵中，由此通過液態(tài)鎵的催化作用而獲得石 墨層4(見圖1和圖幻。將該方法與(例如)通過蒸氣沉積而在組件部分3的表面上直接地設(shè)置石墨層4的方法進(jìn)行對(duì)比，前者能在比后者更低的溫度下進(jìn)行處理以設(shè)置石墨層 4，從而提供本發(fā)明的碳線。
圖5為示出另一種制備本發(fā)明線組件的方法的流程圖。圖6為示出圖5中所示 的包覆步驟的示意圖。圖7為示出圖5中所示的Ga催化反應(yīng)步驟的示意圖。參見圖5 至圖7，本發(fā)明提供了以其他方法制備的線組件，下面將對(duì)其進(jìn)行描述。
圖5的線組件制備方法中所包括的步驟與圖4的線組件制備方法基本類似，不同 之處在于前者在Ga催化反應(yīng)步驟(S30)之前進(jìn)行了設(shè)置無定形碳層作為組件部分的表 面層的步驟，即，包覆步驟660)。
更具體而言，在圖5的線組件制備方法中，與圖4的線組件制備方法中的做法一 樣，首先進(jìn)行步驟610)和步驟620)，隨后如圖6所示，在所獲得的組件部分3的表面 上設(shè)置無定形碳層11，以作為石墨層4(見圖7)。能夠以任何常規(guī)熟知的方法來設(shè)置無 定形碳層11。例如，可將菲(C14Hltl)、芘、甲烷、乙炔等進(jìn)行熱分解以設(shè)置無定形碳層 11 ；或者可以使用電子束或離子束來分解烴類氣體。由此獲得圖6中的結(jié)構(gòu)。
接下來，如圖5所示，進(jìn)行Ga催化反應(yīng)步驟630)?？梢园凑栈绢愃朴趫D4 制備方法中所進(jìn)行的步驟(S30)來進(jìn)行該步驟(S30)。然而應(yīng)當(dāng)注意的是，在圖5步驟 630)中，無定形碳層11的表面層通過液態(tài)鎵的催化反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為石墨層4。這樣便能 夠獲得具有圖7所示結(jié)構(gòu)的碳線1。
因此圖5的制備方法能夠在維持組件部分3中碳納米管2的結(jié)構(gòu)的同時(shí)，由無定 形碳層11來設(shè)置石墨層4。因此該方法能夠提高碳線1的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的自由度。
接下來，按照?qǐng)D4的制備方法中的做法進(jìn)行步驟(S40)和步驟(S50)，以獲得與 圖3中的線組件5的結(jié)構(gòu)類似的線組件。要注意的是，如圖7中可看出，圖5的制備方 法所制得的線組件是由具有無定形碳層11的碳線1構(gòu)成的，其中所述無定形碳層11位于 構(gòu)成組件部分3的碳納米管2與石墨層4之間。
<導(dǎo)電膜、導(dǎo)電基底和透明導(dǎo)電板>
圖8示意性地示出了一種制備本發(fā)明導(dǎo)電膜、導(dǎo)電基底和透明導(dǎo)電板的方法。 首先，如圖8(a)所示，將基底17暴露在分散有碳納米管(以下稱為CNT)2的漿液中， 以形成由多個(gè)CNT構(gòu)成的碳納米管網(wǎng)絡(luò)(以下稱為CNT網(wǎng)絡(luò))。將碳納米管網(wǎng)絡(luò)的表面 暴露在Ga蒸氣中，以使CNT網(wǎng)絡(luò)中的CNT成分通過石墨膜而連接在一起，由此獲得導(dǎo) 電膜18和導(dǎo)電基底(圖8(b))。此外，將樹脂板(其表面上具有熱固性樹脂或紫外(UV) 光固化性樹脂)與導(dǎo)電膜18 (其上形成有CNT網(wǎng)絡(luò))的表面發(fā)生接觸，然后將該樹脂板 進(jìn)行熱固化或UV固化，從而將CNT網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移到樹脂板上，由此獲得本發(fā)明的透明導(dǎo)電 板(圖 8(c))。
(碳納米管)
碳納米管2為具有由六元碳環(huán)構(gòu)成的晶格結(jié)構(gòu)的管，其可為單層結(jié)構(gòu)的管，即 單壁碳納米管(以下稱為SWNT)；或者可為具有六元碳環(huán)晶格結(jié)構(gòu)的多層結(jié)構(gòu)的管，即 多壁碳納米管(以下稱為MWNT)。一般來說，SWNT撓性更高。MWNT的撓性不及 SWNT,因此具有更多個(gè)層的MWNT易于變得更為堅(jiān)硬。有利的是，必要時(shí)，對(duì)SWNT 或MWNT的性質(zhì)加以考慮，并根據(jù)目的的不同來使用。
對(duì)碳納米管的長(zhǎng)度并無任何特別的限制。然而，一般來說，所用碳納米管的長(zhǎng)度為IOnm至1000 μ m、優(yōu)選為IOOnm至100 μ m。對(duì)碳納米管的直徑(或厚度)并無任 何特別的限制，然而，一般來說，所用碳納米管的直徑為Inm至50nm，并且對(duì)于需要更 高透明度的應(yīng)用來說，所用碳納米管的直徑優(yōu)選為3nm至lOnm。
要注意的是，當(dāng)將碳納米管施加于基底17時(shí)，優(yōu)選的是，事先制備分散有CNT 的漿液。該漿液制備過程如下將由電弧法制得的碳納米管加入到丙酮中，并且通過超 聲的方式將捆綁在一起的CNT解開并使其均勻分散在丙酮中。接下來，立即將漿液噴灑 至基底17上并干燥，以在基底上形成CNT網(wǎng)絡(luò)?？捎萌缦挛镔|(zhì)來代替丙酮以便類似地 使CNT分散于其中，這些物質(zhì)為烷基苯磺酸鹽或類似的表面活性劑；磺基琥珀酸二酯 或具有疏水部分-親水部分-疏水部分結(jié)構(gòu)的類似溶劑。在這種情況下，分散劑等將進(jìn) 入到CNT中的CNT相互接觸的部分處。因此，優(yōu)選地，在基底上的漿液干燥以后，使 用水或丙酮洗掉粘附在基底上的分散劑或其他物質(zhì)。
(碳納米管網(wǎng)絡(luò))
碳納米管網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)CNT在基底17上隨機(jī)相互交織并由此形成網(wǎng)絡(luò)而形成 的。常規(guī)CNT網(wǎng)絡(luò)的電阻很大，這是因?yàn)槠鋬H僅通過在CNT發(fā)生相互接觸的那些部分 處的物理接觸來實(shí)現(xiàn)CNT電連接。本發(fā)明利用Ga蒸氣對(duì)CNT網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，由此提供 在其表面具有石墨膜的CNT，從而將CNT連接在一起。這能降低CNT網(wǎng)絡(luò)的電阻，由 此提供具有低電阻值的導(dǎo)電膜。
可以通過任何方法使CNT與基底接觸以形成CNT網(wǎng)絡(luò)?？梢赃m用通常所使用 的方法?？蛇m用的方法包括(例如)旋涂、浸涂、簾涂、輥涂、用刷子涂布、噴涂等。 特別地，旋涂是優(yōu)選的，這是因?yàn)樾恳子谔峁┏示鶆虮∧畹腃NT網(wǎng)絡(luò)。
(基底)
基底17可以為通常用于生產(chǎn)導(dǎo)電膜的任何基底。例如，由玻璃、云母、石英 或類似的透明材料形成的基底會(huì)使得導(dǎo)電基底整體的透明度顯著提高。雖然已知利用碳 蒸氣沉積、金屬蒸氣沉積等能使基底的表面具有導(dǎo)電性，但是如本發(fā)明所述，利用碳納 米管網(wǎng)絡(luò)來使基底17的表面具有導(dǎo)電性的方式能夠使得不需要用碳納米管來完全覆蓋表 面。這種網(wǎng)絡(luò)具有間隙，因而使得導(dǎo)電基底對(duì)于預(yù)定的表面導(dǎo)電率而言具有相當(dāng)高的光 透過率。
(導(dǎo)電膜)
根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電膜18具有由通過石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納米管形成的碳 納米管網(wǎng)絡(luò)。該導(dǎo)電膜中的CNT通過石墨膜而電連接在一起，因而具有低電阻值的特 性。
(導(dǎo)電基底)
根據(jù)本發(fā)明的導(dǎo)電基底是由基底17和設(shè)置在基底17上的導(dǎo)電膜18形成的導(dǎo)電 基底，并且所述導(dǎo)電膜18具有由通過石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納米管形成的碳納米管 網(wǎng)絡(luò)。該導(dǎo)電基底中的CNT通過石墨膜而電連接在一起，因而具有低電阻值的特性。
(樹脂板)
樹脂板4可為任何的通常用作基底的高透明度樹脂。優(yōu)選地，使用其上施加有 環(huán)氧樹脂或類似的熱固性樹脂、或者丙烯酸樹脂漿或類似的UV固化性樹脂或類似的固化 性樹脂的聚合物(PET)膜，因?yàn)檫@種聚合物膜能夠有效地轉(zhuǎn)移形成在導(dǎo)電膜上的CNT網(wǎng)15
下面將更為具體地描述在本發(fā)明的制備導(dǎo)電膜、導(dǎo)電基底和透明導(dǎo)電板的方法 中在CNT網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置石墨膜的步驟。
<導(dǎo)電膜、導(dǎo)電基底、透明導(dǎo)電板以及它們的制備方法>
圖9為本發(fā)明中所用的石墨膜生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意性截面圖。
(石墨膜生產(chǎn)裝置)
本發(fā)明使用的石墨膜生產(chǎn)裝置由石英反應(yīng)管6和設(shè)置在石英反應(yīng)管6中的氧化鋁 容器20構(gòu)成，并且氧化鋁容器20中容納有引入其中的液態(tài)鎵9。將要進(jìn)行處理的基底 17放置在氧化鋁容器20附近，其中基底17上形成有呈CNT網(wǎng)絡(luò)狀的多個(gè)碳納米管2。 在石英反應(yīng)管6的外部設(shè)置有用于反應(yīng)管的加熱器7，以調(diào)節(jié)石英反應(yīng)管6的內(nèi)部溫度。
(制備待加工的基底)
基底17可為通常用于生產(chǎn)導(dǎo)電膜的常規(guī)熟知的基底。然而，由玻璃、云母、石 英或類似的透明材料形成的基底使得導(dǎo)電膜整體的透明度顯著提高。
可以以任何常規(guī)熟知的方法來形成由多個(gè)碳納米管2構(gòu)成的CNT網(wǎng)絡(luò)。例如， 該方法包括(例如)旋涂、浸涂、簾涂、輥涂、用刷子涂布、噴涂等。特別地，旋涂是優(yōu) 選的，這是因?yàn)樾恳子谔峁┏示鶆虮∧畹腃NT網(wǎng)絡(luò)。隨后，優(yōu)選對(duì)基底進(jìn)行清洗， 以防止在CNT網(wǎng)絡(luò)中殘留有分散劑或類似的雜質(zhì)。
為了使CNT彼此緊密接觸，優(yōu)選使用輥等工具從上方牢牢地壓縮CNT網(wǎng)絡(luò)。
此外，優(yōu)選地，在CNT網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置無定形碳膜，以確保設(shè)置石墨膜。該無定形 碳膜可以以任何常規(guī)熟知的方法進(jìn)行設(shè)置。例如，可將菲(C14Hltl)、芘、甲烷、乙炔等 進(jìn)行熱分解，或者可以利用電子束或離子束來分解烴類氣體，以設(shè)置無定形碳膜。這種 無定形碳膜的厚度優(yōu)選等于或小于lOnm，這樣的膜具有更高的透明度。
(生產(chǎn)導(dǎo)電膜的方法)
首先，將上述待處理基底水平地固定在石英反應(yīng)管6中，并使用渦輪泵將環(huán)境 抽真空至10_6托或更低。
加熱器7加熱反應(yīng)管以蒸發(fā)石英反應(yīng)管6中的液態(tài)鎵9，并且將Ga蒸氣5加熱 至600°C或更高的溫度，以使該蒸氣與由多個(gè)碳納米管2形成的CNT網(wǎng)絡(luò)表面發(fā)生接觸。 更優(yōu)選地，將Ga蒸氣5加熱至800°C或更高的溫度，以增強(qiáng)Ga蒸氣5的催化作用。
以上加熱處理進(jìn)行10分鐘到1小時(shí)，隨后慢慢冷卻反應(yīng)管直至再次達(dá)到室溫。
通過在Ga蒸氣5中進(jìn)行加熱處理，使得在由碳納米管2形成的CNT網(wǎng)絡(luò)的表面 上設(shè)置石墨膜。因此，在基底17上，設(shè)置了具有碳納米管網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電膜，其中所述碳納 米管網(wǎng)絡(luò)由通過石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納米管形成，因此獲得了導(dǎo)電基底。
(制備透明導(dǎo)電板的方法)
使用上述過程中制得的導(dǎo)電膜并通過下述方法來制備透明導(dǎo)電板。
將樹脂板與上述的其上形成有CNT網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電基底的表面相接觸，以將CNT網(wǎng) 絡(luò)轉(zhuǎn)移至樹脂板上。優(yōu)選地，在與CNT網(wǎng)絡(luò)相接觸的樹脂板表面上施加熱固性樹脂或 UV固化樹脂。接下來，將樹脂板固化，以將CNT網(wǎng)絡(luò)固定于樹脂板上，由此制得透明 導(dǎo)電板。
<制備石墨膜的方法>16
[第一實(shí)施方案]
圖10為本發(fā)明中所使用的石墨膜生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。
(石墨膜生產(chǎn)裝置)
本發(fā)明使用的石墨膜生產(chǎn)裝置由石英反應(yīng)管6和設(shè)置在石英反應(yīng)管6中的氧化鋁 容器20構(gòu)成，并且氧化鋁容器20中容納有引入其中的液態(tài)鎵9。將要進(jìn)行處理的基底 17放置在氧化鋁容器20附近，其中所述基底17上設(shè)置有無定形碳膜21。在石英反應(yīng)管 6的外部設(shè)置有用于反應(yīng)管的加熱器7，以調(diào)節(jié)石英反應(yīng)管6的內(nèi)部溫度。
基底17可為用作導(dǎo)電膜生產(chǎn)中的基底的那些常規(guī)熟知的基底。優(yōu)選地，使用能 夠獲得單晶石墨膜的SiC、Ni、Fe、Mo、Pt等。
無定形碳膜21可以通過任何常規(guī)熟知方法進(jìn)行設(shè)置。例如，可將菲(C14Hltl)、 芘、甲烷、乙炔等進(jìn)行熱分解，以設(shè)置無定形碳膜21;或者可以使用電子束或離子束來 分解烴類氣體。優(yōu)選將無定形碳膜21的厚度設(shè)定為與目標(biāo)石墨烯膜或石墨膜的厚度相匹 配。
(生產(chǎn)石墨膜的方法)
首先，將上述待處理的基底水平地固定在石英反應(yīng)管6中，并使用渦輪泵將環(huán) 境抽真空至10_6托或更低。
加熱器7加熱反應(yīng)管以蒸發(fā)石英反應(yīng)管6中的液態(tài)鎵9，并且將Ga蒸氣5加熱 至600°C或更高的溫度，以使該蒸氣與無定形碳膜21的表面相接觸。
以上加熱處理進(jìn)行10分鐘到1小時(shí)，隨后慢慢冷卻反應(yīng)管直至再次達(dá)到室溫。
通過在Ga蒸氣5中的加熱處理，使得在無定形碳膜21的表面上設(shè)置了石墨膜。
[第二實(shí)施方案]
(石墨膜生產(chǎn)裝置)
圖11為本發(fā)明中所使用的石墨膜生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖，其中Ga 蒸氣在碳源表面上具有均勻的蒸氣壓。第二實(shí)施方案所使用的石墨膜生產(chǎn)裝置具有石英 反應(yīng)管6和設(shè)置在石英反應(yīng)管6中的附屬Ga反應(yīng)室22，該附屬Ga反應(yīng)室22容納有氧 化鋁容器20和其上具有無定形碳膜21的基底17(即，待處理基底)，其中氧化鋁容器 20中引入有液態(tài)Ga 9。附屬Ga反應(yīng)室22的壁上具有呈小縫隙形狀的差式抽真空系統(tǒng) (differential evacuation)。
第一實(shí)施方案所示出的石墨膜生產(chǎn)裝置內(nèi)的石英反應(yīng)管6內(nèi)部充滿了由液態(tài)鎵9 產(chǎn)生的Ga蒸氣5。然而，石英反應(yīng)管6中靠近加熱器7的部分保持預(yù)定的高溫，但是石 英反應(yīng)管6中遠(yuǎn)離加熱器7的部分的溫度較低，并且石英反應(yīng)管6中的一些部分的溫度為 室溫。因此，在石英反應(yīng)管6中，Ga蒸氣5在不同位置處的溫度不同，從而會(huì)導(dǎo)致蒸氣 壓不均勻。
如圖11所示，其內(nèi)具有附屬Ga反應(yīng)室22的石英反應(yīng)管6使得Ga蒸氣5保持在 附屬Ga反應(yīng)室22中，因此Ga蒸氣5具有固定的蒸氣壓。此外，附屬Ga反應(yīng)室22的 內(nèi)部能夠?qū)崿F(xiàn)可能的Ga蒸氣壓最大值，并且還能在待處理基底附近處提供均勻的Ga蒸 氣壓，其中所述附屬Ga反應(yīng)室22內(nèi)容納有氧化鋁容器20 (其中引入有液體Ga9)和其上 具有無定形碳膜21的基底17 (或待處理基底)，并且附屬Ga反應(yīng)室22可通過用作差式 抽真空部(differential evacuationport)的小縫隙來形成真空。上述生產(chǎn)方法能夠使所設(shè)置的石墨膜表面不存在色差或粗糙度的差別，因而可使石墨膜具有相當(dāng)光滑的鏡面表面。
(生產(chǎn)石墨膜的方法)
首先，將上述待處理基底水平地固定在石英反應(yīng)管6中，并使用渦輪泵將環(huán)境 抽真空至10_6托或更低。
加熱器7加熱反應(yīng)管以蒸發(fā)石英反應(yīng)管6中的液態(tài)鎵9，并且將Ga蒸氣5加熱 至600°C或更高的溫度，以使該蒸氣與無定形碳膜21表面相接觸。更優(yōu)選地，將Ga蒸 氣5加熱到800°C或更高，以增強(qiáng)Ga蒸氣5的催化作用。
通過在Ga蒸氣5中的加熱處理，使得在無定形碳膜21的表面上設(shè)置了石墨膜。
[第三實(shí)施方案]
(石墨膜生產(chǎn)裝置)
圖12為本發(fā)明中所使用的石墨膜生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖，該石墨 膜生產(chǎn)裝置配有等離子化的Ga蒸氣。第三實(shí)施方案所使用的石墨膜生產(chǎn)裝置具有石英 反應(yīng)管6，該石英反應(yīng)管6容納有氧化鋁容器20(其中引入有液態(tài)鎵9)和等離子生成電 極10，并且還在Ga的氧化鋁容器處設(shè)置有加熱器12。將其上具有無定形碳膜21的基 底17 (或待處理基底)置于氧化鋁容器20附近，并使其位于成對(duì)的等離子生成電極10之 間，以使基底17暴露在Ga等離子體23中。在石英反應(yīng)管6的外部設(shè)置有用于反應(yīng)管的 加熱器7，以調(diào)節(jié)石英反應(yīng)管6的內(nèi)部溫度。
通過使用Ga蒸氣以獲得石墨膜是獲取大面積的單層或多層石墨膜的有效技術(shù)， 并且是針對(duì)電子設(shè)備應(yīng)用的實(shí)用技術(shù)。然而，為了獲得透明導(dǎo)電板等低電阻值且大面積 的導(dǎo)電膜，必須多次進(jìn)行使用Ga蒸氣的過程以使反應(yīng)重復(fù)進(jìn)行，直至獲得預(yù)定的導(dǎo)電膜。
如圖12所示，可以使Ga蒸氣等離子化，由此為Ga蒸氣提供能量，以使其作為 將無定形碳石墨化的催化劑。將其與使用Ga蒸氣時(shí)的情況相比，前者能夠提供更厚的石 墨膜。此外，通過使用Ga等離子體，能夠在溫度低至約400°C的基底上觀察到石墨化， 因此能在低溫下引發(fā)石墨化。對(duì)于使用硅設(shè)備的工藝，必須直接在硅設(shè)備上設(shè)置石墨 膜，因此在低溫下進(jìn)行該工藝是必須的。從這一方面來看，對(duì)于與硅設(shè)備工藝整合在一 起時(shí)的情況而言，通過將Ga蒸氣等離子化以在低溫下設(shè)置石墨膜的工藝是非常有效的。
(生產(chǎn)石墨膜的方法)
首先，將上述待處理基底水平地固定在石英反應(yīng)管6中，并使用渦輪泵將環(huán)境 抽真空至10_6托或更低。
運(yùn)行用于Ga的加熱器12，以有助于液態(tài)鎵9的蒸發(fā)，同時(shí)使用等離子生成電極 10以將位于電極之間的Ga蒸氣等離子化；另外還使用用于反應(yīng)管的加熱器7，以將暴露 于Ga等離子體23的基底加熱至400°C或更高，并且使Ga等離子體23與無定形碳膜21 的表面相接觸。更優(yōu)選地，與Ga等離子體23發(fā)生接觸的待處理基底的溫度為800°C或 更高，以增強(qiáng)Ga等離子體23的催化作用。
在Ga等離子體23中的加熱處理將無定形碳膜21至少部分或全部地轉(zhuǎn)換為石墨膜。
[第四實(shí)施方案]
(石墨膜生產(chǎn)裝置)
圖13為本發(fā)明中所使用的石墨膜生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖，該石墨 膜生產(chǎn)裝置配有烴類氣體的碳源。第四實(shí)施方案所使用的石墨膜生產(chǎn)裝置具有與Ga蒸氣 供給單元15和烴類氣體供給單元13相連接的石英反應(yīng)管6。Ga蒸氣供給單元15容納液 態(tài)鎵9，其中液態(tài)鎵9被Ga加熱器加熱并蒸發(fā)，以向石英反應(yīng)管6內(nèi)部供給Ga蒸氣5。 烴類氣體供給單元13容納作為碳材料的烴類材料，如樟腦、菲、芘等，以向石英反應(yīng)管 6內(nèi)部供給作為碳源的烴類氣體。石英反應(yīng)管6中容納有作為待處理基底的基底17。
石英反應(yīng)管6接收到烴類氣體，該烴類氣體在基底17附近與Ga蒸氣發(fā)生反應(yīng)， 同時(shí)該氣體被分解并因此在基底17上迅速地形成石墨膜。
當(dāng)使用Ga以在基底上設(shè)置石墨膜時(shí)，Ga會(huì)被引入到膜中，而這是不利的。當(dāng) 基底的溫度為600°C或更高時(shí)，Ga很難被引入到膜中。當(dāng)基底的溫度低至600°C或更低 時(shí)，則Ga會(huì)被引入到石墨膜中，通過在約500°C下進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的退火，會(huì)使Ga從膜上 分離并除去。
(生產(chǎn)石墨膜的方法)
首先，如前所述，將待處理基底水平地固定在石英反應(yīng)管6中，并使用渦輪泵 將環(huán)境抽真空至10_6托或更低。
運(yùn)行用于Ga的加熱器12以蒸發(fā)液態(tài)鎵9，從而向石英反應(yīng)管6內(nèi)部供給Ga蒸 氣，同時(shí)打開位于烴類氣體供給單元13和石英反應(yīng)管6之間的閥門16以供給烴類氣體。
運(yùn)行用于反應(yīng)管的加熱器7以加熱石英反應(yīng)管6，從而將石英反應(yīng)管6中的Ga蒸 氣5加熱至400°C或更高，并且使Ga蒸氣5與基底17的表面相接觸。為了增強(qiáng)Ga蒸氣 5的催化作用，Ga蒸氣5的溫度優(yōu)選為800°C或更高。
通過在Ga蒸氣5中的加熱處理，將石墨膜設(shè)置在基底17上。
<實(shí)施例>
<本發(fā)明實(shí)施例1>
制備樣品
使用電弧法制備未純化的單壁碳納米管(CNT)，并使用這種單壁碳納米管來形 成組件部分，該組件部分為由絞合在一起的CNT纖維形成的直徑為0.3mm的線材。這 種由絞合在一起的CNT纖維形成的線材的長(zhǎng)度為10mm。
將由絞合在一起的CNT纖維形成的線材浸在已加熱到600°C的液態(tài)鎵(Ga)中一 小時(shí)。在這一操作中，使用Ar作為環(huán)境氣體，將其壓力設(shè)定為IX 10_5托。
接下來，將由絞合在一起的CNT纖維形成的線材從液態(tài)鎵中拉出，并且用稀鹽 酸將粘附在其表面上的Ga除掉。從而在由絞合在一起的CNT纖維形成的線材的表面上 設(shè)置了石墨層，即，獲得了碳線。該石墨層的厚度為約5 μ m。
測(cè)量
通過四端點(diǎn)法G-terminal method)測(cè)量這種具有石墨層的碳線的電阻。
結(jié)果
這種具有石墨層的碳線的電阻值降至下面所將描述的對(duì)比例1樣品的電阻值的 約 1/5。
<本發(fā)明實(shí)施例2>
制備樣品19
使用電弧法制備未純化的單壁碳納米管(CNT)，并使用這種單壁碳納米管來形 成組件部分，該組件部分為由絞在一起的CNT纖維形成的直徑為5μιη的線。這種由絞 在一起的CNT纖維形成的線的長(zhǎng)度為10mm。
然后，將菲(C14Hltl)進(jìn)行熱分解，以在這種由絞在一起的CNT纖維形成的線的表面上設(shè)置無定形碳層。
接下來，將由絞在一起的CNT纖維形成的線浸在已加熱到600°C的液態(tài)鎵(Ga) 中一小時(shí)。在這一操作中，使用Ar作為環(huán)境氣體，將其壓力設(shè)定為2個(gè)大氣壓。
接下來，將由絞在一起的CNT纖維形成的線從液態(tài)鎵中拉出，并且用稀鹽酸將 粘附在其表面上的Ga除掉。從而在由絞在一起的CNT纖維形成的線的表面上設(shè)置了石 墨層，即，獲得了碳線。該石墨層的厚度為約Ιμιη。
測(cè)量
通過四端點(diǎn)法G-terminal method)測(cè)量這種具有石墨層的碳線的電阻。
結(jié)果
這種具有石墨層的碳線的電阻值降至針對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1的比較例的電阻值的 約 1/20。
通過這一結(jié)果，可認(rèn)為該碳線的內(nèi)部具有基本上結(jié)合在一起的多個(gè)碳納米管。
<本發(fā)明實(shí)施例3>
制備樣品
制備直徑為lOnm、長(zhǎng)度為300 μ m的碳納米管(CNT)，并將這些碳納米管進(jìn)行 相互交迭、且使碳納米管之間的交迭部分的長(zhǎng)度為100 μ m，從而制得組件部分，該組件 部分為由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線。這種由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線的 長(zhǎng)度為50mm、直徑為2 μ m。
然后，將菲(C14Hltl)進(jìn)行熱分解，以在這種由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線 的表面上設(shè)置無定形碳層。
接下來，將由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線浸在已加熱到500°C的液態(tài)鎵 (Ga)中一小時(shí)。在這一操作中，使用氬(Ar)作為環(huán)境氣體，將其壓力設(shè)定為10個(gè)大氣 壓，以使該線內(nèi)部的碳納米管彼此緊密接觸。
接下來，將由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線從液態(tài)鎵中拉出，并且用稀鹽酸 將粘附在其表面上的Ga除掉。這樣便在由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線的表面上設(shè) 置了石墨層，即，獲得了碳線。該石墨層的厚度為約0.2 μ m。此外，還發(fā)現(xiàn)該石墨層形 成了連續(xù)的環(huán)并包裹住內(nèi)部的碳納米管，因此該石墨層也成為碳納米管(CNT)。
測(cè)量
通過四端點(diǎn)法G-terminal method)測(cè)量這種具有石墨層的碳線的電阻。
結(jié)果
這種具有石墨層的碳線的電阻值比對(duì)比例的電阻值小一個(gè)數(shù)量級(jí)。這可能是因 為該碳線內(nèi)部的碳納米管彼此緊密接觸并因此整合在一起。
<本發(fā)明實(shí)施例4>
制備樣品
利用催化CVD法制備直徑為30nm、長(zhǎng)度為500 μ m的多壁碳納米管(CNT)，并將這些碳納米管進(jìn)行相互交迭、且使碳納米管之間的交迭部分的長(zhǎng)度為200 μ m，從而 制得組件部分，該組件部分為由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線。這種由結(jié)合在一起的 CNT纖維形成的線的長(zhǎng)度為10mm、直徑為0.6 μ m。
接下來，將由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線浸在已加熱至550°C的液態(tài)鎵 (Ga)中一小時(shí)。更具體而言，將所述液態(tài)鎵和所述由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線封 閉在不銹鋼膠囊中。該膠囊周圍使用氬(Ar)作為環(huán)境氣體。對(duì)該環(huán)境氣體進(jìn)行壓縮， 以向所述液態(tài)鎵和所述由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線以及所述膠囊施加壓力。將壓 力設(shè)置為100個(gè)大氣壓，以使由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線的內(nèi)部碳納米管之間發(fā) 生緊密接觸。
接下來，將由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線從液態(tài)鎵中拉出，并且用稀鹽酸 將粘附在其表面上的Ga除掉。從而在由結(jié)合在一起的CNT纖維形成的線的表面上設(shè)置 了石墨層，即，獲得了碳線。該石墨層的厚度為約80nm。此外，還發(fā)現(xiàn)該石墨層形成 了連續(xù)的環(huán)并包裹住內(nèi)部的碳納米管，因此該石墨層也成為碳納米管(CNT)。
此外，將均具有石墨層的這些碳線捆綁并絞在一起以提供絞線，由此制得直徑 為0.5μιη的絞線。然后，按照上述步驟中的做法，將該絞線浸入液態(tài)鎵中，以使構(gòu)成 該絞線的多根碳線結(jié)合在一起(即，在由多根碳線構(gòu)成的線束的表面上形成石墨層，以 將該線束環(huán)繞起來)。因而該步驟為將多根碳線捆綁在一起；將由捆綁后的碳線構(gòu)成 的線組件浸入液態(tài)鎵中，以使多根碳線結(jié)合在一起；以及重復(fù)進(jìn)行這種多根碳線(其均 為由結(jié)合在一起的碳線構(gòu)成的組件)的制備和捆綁，以制備具有更大直徑的線(更具體而 言，為由結(jié)合在一起的線形成的直徑為0.1mm的線)。
測(cè)量
通過四端點(diǎn)法G-terminal method)測(cè)量這種具有石墨層的碳線的電阻。
結(jié)果
這種具有石墨層的碳線的電阻值比對(duì)比例的電阻值小兩個(gè)以上的數(shù)量級(jí)。這可 能是因?yàn)樵撎季€內(nèi)部的碳納米管彼此密切接觸并因此整合在一起。
< 對(duì)比仿ljl>
制備樣品
使用電弧法制備未純化的單壁碳納米管(CNT)，并使用這種單壁碳納米管來形 成組件部分，該組件部分為由絞在一起的CNT纖維形成的直徑為0.3mm的線。這種由 絞在一起的CNT纖維形成的線的長(zhǎng)度為10_。
測(cè)量
通過四端點(diǎn)法G-terminal method)測(cè)量這種由絞在一起的CNT纖維形成的線的電阻。
結(jié)果
該對(duì)比例中的由絞在一起的CNT纖維形成的線的電阻值為7.8Χ10_3Ω ·αη。 該數(shù)值比銅的電阻值大3個(gè)以上的數(shù)量級(jí)。
〈對(duì)比例2>
制備樣品
使用電弧法制備未純化的單壁碳納米管(CNT)，并使用這種單壁碳納米管來形成組件部分，該組件部分為由絞在一起的CNT纖維形成的直徑為0.3mm的線。這種由 絞在一起的CNT纖維形成的線的長(zhǎng)度為10mm。
將由絞在一起的CNT纖維形成的線浸在已加熱到800°C的液態(tài)鎵(Ga)中一小 時(shí)。在這一操作中，使用Ar作為環(huán)境氣體，將其壓力設(shè)定為IX 10_5托。
結(jié)果
如上所述，浸入到液態(tài)鎵Ga中的、由絞在一起的CNT纖維形成的線在液態(tài)鎵中 發(fā)生分解，并因此消失。因此，優(yōu)選將由絞在一起的CNT纖維形成的線浸入加熱至溫度 低于800°C的液態(tài)鎵中、更優(yōu)選使溫度為750°C或更低。
<本發(fā)明實(shí)施例5、6和對(duì)比例3、4>
準(zhǔn)備陶瓷基底，并向該陶瓷基底上噴灑分散有碳納米管的漿液，然后使其干 燥，由此在基底上形成CNT網(wǎng)絡(luò)。
對(duì)于本發(fā)明實(shí)施例5和對(duì)比例3，通過激光磨削在CNT網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置平均為約5nm 的無定形碳膜。
接下來，對(duì)于本發(fā)明實(shí)施例5、6，使用圖9中的石墨膜生產(chǎn)裝置來制備石墨膜。
準(zhǔn)備長(zhǎng)為lm、直徑為25mm的石英管作為石英反應(yīng)管6。石英反應(yīng)管6容納有 直徑約為Icm的氧化鋁容器，并且在氧化鋁容器附近放置有作為待處理基底的基底17， 其中氧化鋁容器中引入有液態(tài)鎵9，并且基底17上載有多個(gè)碳納米管2，這些碳納米管2 形成為CNT網(wǎng)絡(luò)。
首先，如前所述，將待處理基底水平地固定在石英反應(yīng)管6中，并使用渦輪泵 將環(huán)境抽真空至10_6托或更低。
運(yùn)行用于反應(yīng)管的加熱器7，以將Ga蒸氣5加熱至650°C，使加熱處理進(jìn)行1小 時(shí)，隨后使反應(yīng)管緩慢冷卻至再次達(dá)到室溫。要注意的是，對(duì)比例3和4的樣品中的基 底未進(jìn)行Ga蒸氣處理。
利用Ga蒸氣進(jìn)行的加熱處理在CNT網(wǎng)絡(luò)的表面上設(shè)置了石墨膜。對(duì)于每個(gè)實(shí) 施例，處理溫度和處理后的基底板電阻值如表1所示。要注意的是，該板電阻值是通過 四端點(diǎn)法測(cè)量得到的。
此外，對(duì)于每個(gè)實(shí)施例，在具有CNT網(wǎng)絡(luò)(該CNT網(wǎng)絡(luò)的表面上具有石墨膜) 的導(dǎo)電基底的上面放置樹脂板，該樹脂板的表面上具有熱固性樹脂，使樹脂板與CNT網(wǎng) 絡(luò)接觸，并隨后將樹脂板熱固化，以將CNT網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移并固定在熱固性樹脂上，由此獲得 透明導(dǎo)電板，該透明導(dǎo)電板的電阻值示于表1中。
表 1
2權(quán)利要求
1.一種碳線1，包括由多根相互接觸的碳纖維形成的組件部分3;以及設(shè)置在所述組件部分3的外周上的石墨層4。
2.權(quán)利要求1所述的碳線1，其中所述碳纖維為碳納米管2。
3.權(quán)利要求1所述的碳線1，其中所述石墨層4為碳納米管2。
4.一種線組件5，包含多根權(quán)利要求1所述的碳線1。
5.—種制備碳線1的方法，包括以下步驟制備由多根相互接觸的碳纖維形成的組件部分3 ；以及將所述組件部分3的表面暴露在液態(tài)鎵9中，以在所述組件部分3的表面上設(shè)置石墨 層4。
6.權(quán)利要求5所述的制備碳線1的方法，其中在所述暴露步驟中，向所述組件部分3 施加壓應(yīng)力。
7.權(quán)利要求6所述的制備碳線1的方法，其中在所述暴露步驟中，將所述液態(tài)鎵壓縮 以向所述組件部分5施加壓應(yīng)力。
8.權(quán)利要求7所述的制備碳線1的方法，其中在所述暴露步驟中，將所述液態(tài)鎵暴露 于壓力經(jīng)過調(diào)節(jié)的環(huán)境氣體中，以壓縮所述液態(tài)鎵。
9.權(quán)利要求5所述的制備碳線1的方法，其中在所述暴露步驟中，所述液態(tài)鎵的溫度 為 450°C至 750°C。
10.權(quán)利要求5所述的制備碳線1的方法，在所述暴露步驟之前，包括設(shè)置無定形碳 層11作為所述組件部分3的表面層的步驟。
11.權(quán)利要求5所述的制備碳線1的方法，在所述暴露步驟之后，還包括將粘附于所 述碳線1表面上的鎵除去的步驟。
12.—種制備線組件5的方法，包括以下步驟按照權(quán)利要求5-11中任意一項(xiàng)所述的制備碳線1的方法來制備多根碳線1 ；以及將所述多根碳線1絞在一起以形成線組件5。
13.一種導(dǎo)電膜，具有由通過石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納米管2形成的碳納米管網(wǎng) 絡(luò)18。
14.一種制備權(quán)利要求13所述的導(dǎo)電膜的方法，包括將碳納米管網(wǎng)絡(luò)18暴露在 Ga(鎵)蒸氣中以設(shè)置所述石墨膜的步驟。
15.一種制備權(quán)利要求13所述的導(dǎo)電膜的方法，包括以下步驟在碳納米管網(wǎng)絡(luò)18上設(shè)置無定形碳膜21;以及將所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18和在所述設(shè)置無定形碳膜21的步驟中獲得的所述無定形碳膜 21暴露在Ga蒸氣中，以設(shè)置所述石墨膜。
16.權(quán)利要求14所述的制備導(dǎo)電膜的方法，在所述暴露步驟之前，包括對(duì)形成所述碳 納米管網(wǎng)絡(luò)18的多個(gè)碳納米管2中的相互接觸部分進(jìn)行機(jī)械壓焊的步驟。
17.—種導(dǎo)電基底，由基底和設(shè)置在該基底上的導(dǎo)電膜形成，所述導(dǎo)電膜具有由通過 石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納米管2形成的碳納米管網(wǎng)絡(luò)18。
18.一種制備權(quán)利要求17所述的導(dǎo)電基底的方法，包括以下步驟在基底上形成碳納米管網(wǎng)絡(luò)18 ；以及將所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18暴露在Ga蒸氣中以設(shè)置所述石墨膜。
19.一種制備權(quán)利要求17所述的導(dǎo)電基底的方法，包括以下步驟在基底上形成碳納米管網(wǎng)絡(luò)18 ；在所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18上設(shè)置無定形碳膜21 ；以及將所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18和在所述設(shè)置無定形碳膜21的步驟中獲得的所述無定形碳膜 21暴露在Ga蒸氣中，以設(shè)置所述石墨膜。
20.權(quán)利要求18所述的制備導(dǎo)電基底的方法，在所述暴露步驟之前，包括對(duì)形成所述 碳納米管網(wǎng)絡(luò)18的多個(gè)碳納米管2中的相互接觸部分進(jìn)行機(jī)械壓焊的步驟。
21.—種透明導(dǎo)電板，由樹脂板19和設(shè)置在所述樹脂板上的導(dǎo)電膜形成，所述導(dǎo)電膜 具有由通過石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納米管2形成的碳納米管網(wǎng)絡(luò)18。
22.權(quán)利要求21所述的透明導(dǎo)電板，其中具有所述導(dǎo)電膜的所述樹脂板19的表面由 熱固性樹脂和紫外光固化樹脂中的一者形成。
23.一種制備權(quán)利要求21所述的透明導(dǎo)電板的方法，包括以下步驟在基底17上形成碳納米管網(wǎng)絡(luò)18 ；將所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18暴露在Ga蒸氣中以設(shè)置所述石墨膜；以及將具有所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18的導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)移至樹脂板19上，其中所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18 是在所述暴露步驟中由通過石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納米管2形成的。
24.一種制備權(quán)利要求21所述的透明導(dǎo)電板的方法，包括以下步驟在基底17上形成碳納米管網(wǎng)絡(luò)18 ；在所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18上設(shè)置無定形碳膜21 ；將所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18和在所述設(shè)置無定形碳膜21的步驟中獲得的所述無定形碳膜 21暴露在Ga蒸氣中，以設(shè)置所述石墨膜；以及將具有所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18的導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)移至樹脂板19上，其中所述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18 是在所述暴露步驟中由通過石墨膜連接在一起的多個(gè)碳納米管2形成的。
25.權(quán)利要求23所述的制備透明導(dǎo)電板的方法，在所述暴露步驟之前，包括對(duì)形成所 述碳納米管網(wǎng)絡(luò)18的多個(gè)碳納米管2中的相互接觸部分進(jìn)行機(jī)械壓焊的步驟。
26.權(quán)利要求23和24中任意一項(xiàng)所述的制備透明導(dǎo)電板的方法為制備權(quán)利要求22所 述的透明導(dǎo)電板的方法，其中所述轉(zhuǎn)移步驟將所述導(dǎo)電膜轉(zhuǎn)移至所述樹脂板19的表面， 該樹脂板19的表面由熱固性樹脂和紫外光固化樹脂中的一者形成，并且所述方法還包括 對(duì)所述熱固性樹脂和所述紫外光固化樹脂中的一者進(jìn)行固化的步驟。
27.—種制備石墨膜的方法，通過將碳源表面暴露在Ga蒸氣中，以在所述碳源表面 上設(shè)置石墨膜。
28.權(quán)利要求27所述的制備石墨膜的方法，其中所述Ga蒸氣的溫度等于或高于 600 "C。
29.權(quán)利要求27所述的制備石墨膜的方法，其中所述Ga蒸氣在所述碳源表面上具有 均勻的蒸氣壓。
30.權(quán)利要求27所述的制備石墨膜的方法，其中所述Ga蒸氣被等離子化。
31.權(quán)利要求30所述的制備石墨膜的方法，其中所述碳源位于基底17上，并且所述 等離子化的Ga蒸氣與溫度等于或高于400°C的所述基底相接觸。
32.權(quán)利要求27所述的制備石墨膜的方法，其中所述碳源為無定形碳。
33.權(quán)利要求32所述的制備石墨膜的方法，其中所述無定形碳為設(shè)置在單晶基底上的 無定形碳膜21，其中所述單晶基底由選自SiC、Ni、Fe、Mo和Pt中的一種材料形成。
34.權(quán)利要求27所述的制備石墨膜的方法，其中所述碳源為烴類材料。
35.權(quán)利要求27所述的制備石墨膜的方法，其中所述碳源為三維無定形碳結(jié)構(gòu)，其表 面暴露于Ga蒸氣中，以設(shè)置具有三維表面結(jié)構(gòu)的石墨膜。
36.—種制備石墨膜的方法，通過將Ga蒸氣和碳源的源材料氣體混合在一起、并且 供給該混合物，從而在基底17上設(shè)置石墨膜。
37.權(quán)利要求36所述的制備石墨膜的方法，其中所述Ga蒸氣的溫度等于或高于 400 "C。
38.權(quán)利要求36所述的制備石墨膜的方法，其中所述Ga蒸氣被等離子化。
39.權(quán)利要求38所述的制備石墨膜的方法，其中所述等離子化的Ga蒸氣與溫度等于 或高于400°C的所述基底相接觸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用具有足夠低的電阻值的CNT等碳纖維形成的碳線，以及使用這種碳線的線組件。碳線(1)包括組件部分(3)和石墨層(4)。所述組件部分(3)由多根碳纖維構(gòu)成，這些碳纖維是由相互接觸的碳納米管(2)形成的。所述石墨層(4)設(shè)置在所述組件部分(3)的外周。
文檔編號(hào)C01B31/02GK102026918SQ200980117669
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者日方威, 藤田淳一 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社