[发明专利]碳纳米管复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合薄膜及其制备方法，尤其涉及一种碳纳米管复合薄膜及其制备方法。 

背景技术

从1991年日本科学家Iijima首次发现碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)以来，以碳纳米管为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。 

特别地，碳纳米管与其他材料例如金属、半导体或者聚合物等的复合可以实现材料的优势互补或加强。碳纳米管具有较大的长径比和中空的结构，具有优异的力学性能，可作为一种超级纤维，对复合材料起到增强作用。此外，碳纳米管具有优异的导热性能，利用碳纳米管的导热性能使该复合材料具有良好的热传导性。然而，碳纳米管除了具有优异的导热性能外，其也具有良好的导电性能，所以碳纳米管与其他材料例如金属、半导体或者聚合物等所形成的复合材料也具有优异的导电性能。 

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。碳纳米管复合薄膜是碳纳米管复合材料实际应用的一种重要形式。碳纳米管复合薄膜一般通过丝网印刷法、旋转甩涂法、含碳材料热解法或者液相化学沉积法来形成。所形成的碳纳米管复合薄膜具有致密性好和均匀分散性好的优点。 

然而，现有的碳纳米管复合薄膜的制备方法较为复杂，且，所制备的碳纳米管复合薄膜一般为单层结构，且碳纳米管是沿各个方向随机分布在碳纳米管复合薄膜中。这样碳纳米管在碳纳米管复合薄膜中分散不均匀，致使得到的碳纳米管复合薄膜机械强度和韧性较差，容易破裂，影响了碳纳米管复 合薄膜的热学性能和电学性能。通过对碳纳米管进行化学改性后制备的碳纳米管复合薄膜(请参见，Surface resistivity and rheological behaviors ofcarboxylated multiwall carbon nanotube-filled PET composite film，Dae HoShin，Journal of Applied Polymer Science，V 99n3，p900-904(2006))，虽然电学性能有所提高，但是由于要在加热的条件下进行，从而限制了与碳纳米管复合的材料的类型。 

因此，确有必要提供一种碳纳米管复合薄膜及其制备方法，所得到的碳纳米管复合薄膜具有良好的机械强度及韧性，且该制备方法简单、易于实现。 

发明内容

一种碳纳米管复合薄膜，包括：多个碳纳米管和一基体材料，进一步的，上述的碳纳米管复合薄膜为一多层碳纳米管复合薄膜，包括至少一碳纳米管层和至少一基体材料层，上述的碳纳米管层为由上述的多个碳纳米管组成的自支撑结构，且上述的多个碳纳米管基本平行于基体材料层。该碳纳米管层通过范德华力与基体材料层紧密结合。该碳纳米管复合薄膜中碳纳米管为沿各向同性或一固定方向取向或不同方向取向排列。 

上述的碳纳米管层的厚度为1微米至1毫米，上述的基体材料层中的基体材料可选自金属材料、金属氧化物材料、半导体材料及聚合物材料中的一种。 

一种碳纳米管复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：提供一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列形成于一基底；将一基体材料层覆盖在上述的碳纳米管阵列上，以及通过一施压装置挤压上述覆盖有基体材料层的碳纳米管阵列，使得所述碳纳米管阵列倾倒，从而得到碳纳米管复合薄膜。 

上述的碳纳米管阵列的高度大于100微米。 

上述的施压装置为一压头。 

上述挤压覆盖有基体材料层的碳纳米管阵列的过程为采用平面压头沿垂直于上述碳纳米管阵列生长的基底的方向挤压。 

上述挤压覆盖有基体材料层的碳纳米管阵列的过程为采用滚轴状压头沿某一固定方向碾压。 

上述挤压覆盖有基体材料层的碳纳米管阵列的过程为采用滚轴状压头 沿不同方向碾压。 

进一步，可将另一基体材料层覆盖在所述的碳纳米管复合薄膜上，通过上述碳纳米管复合薄膜制备方法中的施压装置挤压上述覆盖有基体材料层的碳纳米管复合薄膜，从而得到一多层碳纳米管复合薄膜。也可将所述的碳纳米管复合薄膜覆盖在另一碳纳米管阵列上，通过上述碳纳米管复合薄膜制备方法中的施压装置挤压上述覆盖有碳纳米管复合薄膜的碳纳米管阵列，使得所述碳纳米管阵列倾倒，从而得到一多层碳纳米管复合薄膜。