[发明专利]碳纳米管复合材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管复合材料及其制造方法，尤其涉及一种具有定向导电导热性的碳纳米管复合材料及其制造方法。

背景技术

自1991年日本NEC公司的Iijima发明碳纳米管(Carbon NanoTube，CNT)以来(Iijima S.，Nature，1991，354，56-58)，碳纳米管引起科学界及产业界的极大重视，成为近年来国际科学研究的热点。碳纳米管具有许多优异的特性，碳纳米管与聚合物复合可实现材料的优势互补或加强。故，利用碳纳米管作为填充材料与工程材料复合成为碳纳米管重要研究方向之一。特别地，碳纳米管具有优异的导热性能，将碳纳米管掺到聚合物基体材料中结成一体，然后通过模压方式可制成一种复合材料。该方法制成的复合材料主要应用于发热组件与散热器之间，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。碳纳米管除具有优异的导热性能外，也具有良好的导电性能，所以碳纳米管与聚合物的复合材料也具有导电性，有着广阔的应用前景。例如，使用生长于衬底上的碳纳米管阵列图形，替代集成芯片上的金属管脚引线，将芯片直接扣合于碳纳米管阵列图形上，可实现导电的目的。先前的导电、导热的碳纳米管复合材料是将定向生长的碳纳米管阵列直接与基体材料复合，使得碳纳米管阵列沿碳纳米管生长方向的纵向定向排列被固定。碳纳米管复合物膜具有垂直于复合物膜表面，且沿碳纳米管生长方向的纵向的导电、导热性。但是，该碳纳米管复合材料越来越不能满足多样性的应用要求。首先，要使碳纳米管复合物膜具有良好的导电、导热性，就要求复合物膜的厚度小于或者等于碳纳米管的长度，所以复合物膜只能做到几百微米的厚度；再者，先前的碳纳米管复合物膜只能沿碳纳米管生长方向纵向导电、导热，不具有沿垂直于碳纳米管生长方向的横向导电、导热性，传导长度受碳纳米管长度限制。

有鉴于此，提供一种具有沿垂直于碳纳米管生长方向且平行于碳纳米管复合物表面方向的横向导电、导热特性，传导长度任意可控的碳纳米管复合材料是必要的。

发明内容

以下通过实施例说明一种具有横向导电、导热特性的，传导长度任意可控的碳纳米管复合材料，以及其制造方法。

为实现以上内容，提供一种碳纳米管复合材料，其包括基体以及分布于该基体中的多个碳纳米管，其中碳纳米管于基体中沿平行于基体表面的同一方向排列。

该碳纳米管复合材料的制造方法包括下述步骤：

提供一衬底，在衬底表面制造平行排列且相互间隔一定距离的条带状催化剂层；

在催化剂层上生长定向排列的碳纳米管；

将碳纳米管连同衬底浸入液态基体材料中，使基体材料与碳纳米管复合；

在基体材料尚未完全固化时，用物理加工方法压倒碳纳米管，使得碳纳米管于基体材料中沿平行于基体材料表面的同一方向排列；

在基体材料完全固化后，将复合物从衬底上剥离，以形成碳纳米管复合材料。

与现有技术相比较，所述的碳纳米管复合材料具有以下优点：其一，利用碳纳米管制得的复合材料，因碳纳米管沿垂直于碳纳米管生长方向的同一方向横向排列且碳纳米管具有均匀、超顺的优点，该复合材料具有横向的导电导热效率高且导电导热均匀的特性；其二，利用本方法制得的复合材料，不受碳纳米管的生长长度限制，可以得到任意传导长度的复合材料；此外，利用本方法，通过控制碳纳米阵列的生长长度或者通过控制催化剂的间距，可以制成通过电压控制导通状态的智能开关，因而扩大碳纳米管复合材料的应用范围。

附图说明

图1是第一实施例中碳纳米管复合材料的剖面示意图。

图2是第一实施例中碳纳米管复合材料的俯视示意图。

图3是第二实施例中碳纳米管复合材料的剖面示意图。

图4是第二实施例中碳纳米管复合材料的俯视示意图。

图5是第一实施例中形成有条带状催化剂薄膜的衬底的俯视图。

图6是图5所示衬底上生长有图形化定向排列的碳纳米管的示意图。

图7是图6所示的碳纳米管连同衬底在基体溶液中浸泡的示意图。

图8是第一实施例中浸有基体材料的碳纳米管的示意图。

图9是图8中碳纳米管被压倒的示意图。

图10是第二实施例中将碳纳米管复合材料作为智能开关的应用示意图。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明碳纳米管复合材料的结构及其制造方法。