一種碳納米管薄膜復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于納米材料技術領域，尤其涉及一種碳納米管薄膜復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]碳納米管薄膜是由大量碳納米管相互纏繞連接形成的厚度介于單原子分子至微米毫米尺度的宏觀薄膜材料，它是碳納米管研宄領域的重要組成部分。碳納米管薄膜具有高強度、高導電性、輕薄、優良柔韌性及化學穩定性等特點，在電子電力、能源存儲、智能傳感、復合材料、航空航天等領域的應用研宄已取得一定進展。另一方面，鑒于當前對于材料性能要求的不斷提高，需要在一種新材料中賦予和兼備兩種或兩種以上原有單一傳統材料所不具備的優勢性能，復合材料便應運而生。對于碳納米管薄膜復合材料而言，其包括高分子基體和碳納米管，該碳納米管以碳納米管薄膜結構的形式設置于高分子基體中。現有技術中制備這種碳納米管薄膜復合材料的方法通常包括以下步驟:制備一高分子基體；制備一碳納米管薄膜；將至少一碳納米管薄膜設置于高分子基體的至少一個表面形成一碳納米管薄膜結構，從而形成一碳納米管復合材料預制體；加壓加熱該碳納米管復合材料預制體，使碳納米管薄膜結構與高分子基體復合，從而得到一碳納米管復合材料。
[0003]通過上述方法制備得到的碳納米管薄膜復合材料通常存在以下缺點:碳納米管薄膜在與高分子基體復合的過程中，因碳納米管薄膜致密化程度高，高分子基體鏈段比較長，高分子基體不能很好地浸潤到碳納米管薄膜的內部結構中，從而導致復合材料的缺陷(空洞及氣泡，層間分離等)增多。這些缺陷的存在，嚴重降低了復合材料的可靠性、電學性能、耐水性、耐氣候性、耐化學性以及力學性能等。
[0004]另外，利用碳納米管粉體直接使用于碳納米管/高分子基復合材料制備時，粉體碳納米管易團聚，為了解決這一問題，通常將碳納米管表面進行改性之后再將碳納米管與其他材料復合。現有技術中對碳納米管表面進行改性的方法通常采用將碳納米管分散于硫酸及硝酸等強氧化性酸或表面活性劑中，這種方法可在一定程度上解決碳納米管團聚的問題，但是，由于通過強酸處理會使得碳納米管的結構受到一定程度的破壞，且使用表面活性劑處理會使得表面活性劑在最終的碳納米管復合材料中不易除去，碳納米管之間也沒有形成一個整體的碳納米管結構，使碳納米管復合材料的機械強度和韌性較差，無法充分發揮碳納米管的良好導電、導熱等性能。
[0005]有鑒于此，提供一種碳納米管薄膜復合材料的制備方法以解決不同基體在碳納米管薄膜結構中浸潤和滲透問題是十分必要的。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種能解決上述技術問題的碳納米管薄膜復合材料的制備方法。
[0007]其中，碳納米管薄膜復合材料的制備方法，包括以下步驟: 制備一基體；
制備一碳納米管薄膜；
刻蝕處理所述碳納米管薄膜，得到部分區域減薄或者穿透的碳納米管薄膜；
將至少一經過刻蝕處理的碳納米管薄膜置于所述基體的至少一個表面形成一碳納米管薄膜結構，從而形成一碳納米管薄膜復合材料預制體；以及
加熱所述碳納米管薄膜復合材料預制體，使所述碳納米管薄膜結構與所述基體復合，從而得到一碳納米管薄膜復合材料。
[0008]作為本發明的進一步改進，所述基體為高分子基體。
[0009]作為本發明的進一步改進，所述碳納米管薄膜采用浮動催化法或可紡絲陣列拉膜法制備或采用巴基紙碳納米管薄膜。
[0010]作為本發明的進一步改進，“刻蝕處理所述碳納米管薄膜”步驟具體為:先用有機溶劑處理所述碳納米管薄膜，形成致密化的碳納米管薄膜，再對致密化的碳納米管薄膜進行刻蝕處理。
[0011]作為本發明的進一步改進，所述“用有機溶劑處理所述碳納米管薄膜，形成致密化的碳納米管薄膜”步驟具體為:
將有機溶劑直接噴涂在所述碳納米管薄膜表面，直至整個碳納米管薄膜被有機溶劑浸潤，待有機溶劑揮發后，形成致密化的碳納米管薄膜，所述致密化的碳納米管薄膜的厚度大于 50nmo
[0012]作為本發明的進一步改進，所述有機溶劑為乙醇或甲醇或丙酮或二氯乙烷。
[0013]作為本發明的進一步改進，所述“刻蝕處理所述碳納米管薄膜”為激光刻蝕或者光熱刻蝕處理所述碳納米管薄膜。
[0014]作為本發明的進一步改進，“激光刻蝕處理所述碳納米管薄膜”步驟具體為:
將碳納米管薄膜完全攤置在載物臺的上表面，調節激光發射點與所述載物臺的相對位置以使得激光的焦點形成于所述碳納米管薄膜的上表面；調節激光的電流強度在IA以上，開始激光刻蝕處理。
[0015]作為本發明的進一步改進，“將至少一經過刻蝕處理的碳納米管薄膜置于所述基體的至少一個表面形成一碳納米管薄膜結構，從而形成一碳納米管薄膜復合材料預制體”步驟具體為:采用噴涂或浸泡的方法將所述基體置于所述經過刻蝕處理的碳納米管薄膜上。
[0016]作為本發明的進一步改進，“加熱所述碳納米管薄膜復合材料預制體，使所述碳納米管薄膜結構與所述基體復合，從而得到一碳納米管薄膜復合材料”步驟具體為:
將碳納米管薄膜復合材料預制體放置在模具中，對模具加壓加熱，壓力小于lOOMpa，溫度范圍在50-250°C之間，保持至少30分鐘，使得所述碳納米管薄膜結構與所述基體復合。
[0017]與現有技術相比，本發明在碳納米管薄膜與基體復合之前，對碳納米管薄膜進行刻蝕處理，得到部分區域減薄或者穿透的碳納米管薄膜，提高了碳納米管復合材料界面性能，減少界面存在的缺陷，所得到的碳納米管薄膜復合材料表現出優異的綜合性能包括力學性能、導電性能和導熱性能等，未來可能會在多領域(透明電極、支撐催化劑、傳感器燃料電池擴散膜、薄膜晶體管、電磁屏蔽材料或導電材料等領域)進行應用。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明一實施方式中碳納米管薄膜復合材料的制備方法的步驟流程圖。
[0019]圖2(a)- 2(d)是本發明一實施方式中碳納米管薄膜進行激光刻蝕處理后SEM照片，其中，圖2(b)- 2(d)為圖2(a)的進一步放大圖，圖2(b)- 2(d)放大的倍數依次增大。
[0020]圖3(a)- 3(b)是本發明一實施方式中不做任何處理的碳納米管薄膜直接浸潤高分子基體，而后熱壓固化成復合材料，再用劃片切割機切割，所得的截面的SEM照片；圖
3(c) -3 (d)為經過激光刻蝕的碳納米管薄膜浸潤高分子基體而后熱壓固化成復合材料，再用劃片切割機切割，所得的截面的SEM照片。
【具體實施方式】
[0021]以下將結合附圖所示的【具體實施方式】對本發明進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做