[发明专利]高密度碳纳米管阵列复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管阵列复合材料的制备方法，尤其涉及一种高密度碳纳米管阵列复合材料的制备方法。

背景技术

自1991年日本NEC公司的Iijima发现碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)以来(Iilima S.，Nature，vol 354，p56(1991))，立即引起科学界及产业界的极大重视。碳纳米管具有优良的机械和光电性能，被认为是复合材料的理想添加物。碳纳米管/聚合物复合材料首次报道后已成为世界科学研究的热点(Ajayan P.M.，Stephan O.，Colliex C.，Tranth D.，Science.，vol265，p1212(1994)：Calvert P，Nature，vol399，p210(1999))。碳纳米管作为增强体和导电体，形成的复合材料具有抗静电，吸收微波和屏蔽电磁等性能，具有广泛的应用前景。

碳纳米管复合材料的制备方法通常有原位聚合法、溶液共混法和熔体共混法。原位聚合法是利用碳纳米管表面的官能团参与聚合或利用引发剂打开碳纳米管的π键，使其参与聚合反应而达到与有机相的良好相容。溶液共混一般是把碳纳米管分散到聚合物的溶剂中，再将聚合物溶入其中，加工成型后将溶剂清除，从而制得复合材料。融体共混法是把碳纳米管与聚合物基体材料在大于基体材料熔点的温度下熔融并均匀混合而得到碳纳米管复合材料。

由于碳纳米管具有优异的机械强度和热导率，利用定向排列的碳纳米管阵列结构，可制备性能优异的碳纳米管导热材料和碳纳米管复合增强材料。碳纳米管对复合材料的导热性能和机械性能增强效果与碳纳米管在复合材料中的密度相关。

目前，采用化学气相沉积(CVD)方法制备碳纳米管阵列的技术已经相当成熟。然而，CVD方法直接生长所得到的碳纳米管阵列的密度小于0.01克每立方厘米(g/cm³)，在微观上看是较为松散的，碳纳米管之间的间距大于碳纳米管自身直径的数倍。CVD法直接生长所得到的碳纳米管阵列受CVD方法生长的限制，在其阵列中碳纳米管的密度基本上是确定的，无法任意调控。以该低密度碳纳米管阵列制备的复合材料，由于其中碳纳米管导热通道的密度太低，从而使得其在导热或复合材料等应用中并没有达到理想的效果。

Don N.Futaba等人(请参见“Shape-engineerable and highly densely packedsingle-walled carbon nanotubes and their application as super-capacitorelectrodes”，Don N.Futaba et al.，Nature Materials，vol5，p987(2006))利用收缩效应把单壁碳纳米管收缩成高密度碳纳米管阵列，且证实了其所制备的高密度碳纳米管阵列，具有单个碳纳米管的固有特性，例如大的比表面积、优异的柔韧性以及导电性等。高密度碳纳米管阵列可应用于弹性加热器和密闭能量存储器件的超级电容器的电极上，但是该方法制备的工序较复杂，且制备的碳纳米管阵列的密度也不可以任意调控。

因此，提供一种工序简单、密度可控的高密度碳纳米管阵列复合材料的制备方法十分必要。

发明内容

以下将以实施例说明一种工序简单、密度可控的高密度碳纳米管阵列复合材料的制备方法。

一种高密度碳纳米管阵列复合材料的制备方法，其包括以下步骤：提供一形成于一基底的碳纳米管阵列和一高分子前驱体溶液；将碳纳米管阵列和高分子前驱体溶液混合，形成一高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体；沿着平行于基底的方向挤压该高分子前驱体/碳纳米管阵列混合体，形成一高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体；聚合高分子前驱体/高密度碳纳米管阵列混合体中的高分子前驱体，从而形成高密度碳纳米管阵列复合材料。

与现有技术相比较，利用本发明所提供的方法制备的高密度碳纳米管阵列复合材料中，碳纳米管阵列的密度可根据需要控制为CVD法直接生长所得到的碳纳米管阵列复合材料的10-200倍，即复合材料中碳纳米管导热通道的密度提高了10-200倍，从而该碳纳米管阵列复合材料具有良好的导热性能。其次，由于碳纳米管之间紧密地填充高分子材料，使得碳纳米管之间连接稳定，比纯碳纳米管阵列的力学性能更为优良。

附图说明

图1是本发明实施例高密度碳纳米管阵列的制备方法的流程示意图。

图2是本发明实施例高密度碳纳米管阵列复合材料的挤压装置的结构示意图。

图3是本发明实施例高密度碳纳米管阵列复合材料的制备方法的流程示意图。