[发明专利]碳纳米管石墨复合材料及其制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别是涉及一种碳纳米管石墨复合材料及其制备方法和装置。

背景技术

碳纳米管是作为一种碳纳米材料，具有低密度、高模量、高比表面积，优异的导电导热性能，在诸多领域有广阔的使用前景。目前，商用碳纳米管直接通常在几个纳米到几十纳米，长度通常在几个微米到几十个微米，长径比能到达1000，宏观看呈现粉末状态，而且使用时急容易团聚，因此直接使用显得比较麻烦。

将碳纳米管制成膜材是一个进行规模应用的好方式。这种用单纯的碳纳米管制成的膜状(或者说是纸状)材料叫作碳纳米管纸(Buckypaper)，最早是由诺贝尔奖获得者Richard Smalley于1998年在实验室采用抽滤碳纳米管分散液的方式合成。碳纳米管纸强度来源于碳纳米管之间的范德华力和碳纳米管的缠绕作用。因此，碳纳米管纸保留碳纳米管的低密度、高比表面积的特点，同时由于微尺度极高的比表面积，因此也保持着极高的黑度，但是力学强度导热导电性能相对于单根的碳纳米管却大打折扣。例如，对于导热来说，单根碳纳米管的理论热导率为6600W/mK，而碳纳米管纸的热导率在10-766W/mK(公开文献“Nano Lett.2012,12,4848-485”报道了一种极高密度的定向排列的碳纳米管纸的热导率达到了766W/mK)。这是由于碳纳米管虽然有极高的轴向电导率和热导率，但是碳纳米管尺度极小，一张碳纳米管纸是由无数个碳纳米管搭接而成，由此造成了无数个接触电阻和接触热阻，因此碳纳米管纸在此方面的性能与人们的期望相去甚远。

石墨膜是一种很好的导热材料，其在沿面方向的热导率通常在200-1800W/mK。导热石墨膜有两种，一种是采用膨胀石墨干压制而成天然石墨膜，另一种是采用高温石墨化有机薄膜的方法是被的合成石墨膜。例如专利CN103539111A公开了一种高导热天然柔性石墨薄膜的制备方法，采用膨胀石墨置入压延机进行滚压，这的的石墨导热膜最薄为0.1mm，热导系数最高达到620W/m·K。专利CN103011141A公开了一种采用聚酰亚胺薄膜经过2500-3000℃高温石墨化后得到合成石墨膜，厚度0.0125mm到0.075mm，平面导热系数≥1450±200W/mK。天然石墨膜制作成本较低，具有较好的导热性能，但是其比人工合成石墨导热膜热导率低，同时由于是采用直接干法滚压粉末，厚度也难以做到很薄，通常最多在0.1mm。合成石墨具有极高的平面导热性能，厚度也能做到极薄，但是其生产条件苛刻(需要2500-3000℃高温)，生产成本高。另外，石墨Z方向导热性能不佳，黑度相对碳纳米管纸差。

因此，现有技术急需一种制备碳纳米管石墨复合材料的方法和装置。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种碳纳米管石墨复合材料的制备方法。

具体的技术方案如下：

一种碳纳米管石墨复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将碳纳米管和表面活性剂按1:0.45-2.0的质量比加入水中，分散制得碳纳米管分散液；

将膨胀石墨和表面活性剂按1:0.4-2.0的质量比加入水中，分散制得石墨分散液；

将碳纳米管分散液和石墨分散液依次输送至成型网上(或将碳纳米管分散液、碳纳米分散液与石墨分散液的混合液、石墨分散液依次输送至成型网上)，同时进行真空脱水，得碳纳米管石墨复合预制体，其中碳纳米管与膨胀石墨的绝干比为1：0.1-5；

将所述碳纳米管石墨复合预制体进行干燥剥离、辊压，即得所述碳纳米管石墨复合材料。

在其中一个实施例中，所述碳纳米管石墨复合预制体在干燥剥离后还进行了热处理操作，所述热处理操作的工艺参数为150-400℃处理1-30s。

在其中一个实施例中，还包括在所述碳纳米管石墨复合材料的石墨层的另一侧附上一层聚合物薄膜层。

在其中一个实施例中，所述分散的方法为超声波分散。

在其中一个实施例中，所述表面活性剂选自十二烷基硫酸钠，十二烷基苯磺酸钠，吐温85，吐温80，吐温60，吐温40，吐温20，聚丙烯酸盐，嵌段型非离子表面活性剂，磷酸酯盐型表面活性剂，聚氧乙烯烷基苯酚醚，聚乙二醇辛基苯基醚，糖苷类表面活性剂，蔗糖脂肪酸酯中的一种或者几种。

本发明的另一目的是提供一种碳纳米管石墨复合材料。

具体的技术方案如下：

上述制备方法制备得到的碳纳米管石墨复合材料。