[发明专利]碳纳米复合材料的制备方法以及相应碳纳米复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，尤其涉及一种碳纳米复合材料的制备方法以及相应的碳纳米复合材料。

背景技术

材料是器件发展的基础，随着科技学术的发展，人们对新材料的开发和利用从未停止。上世纪九十年代，碳纳米管被证明具有优异的物理和化学性能，在纳米材料和器件制备方面取得了突破性的研究进展，受到世界各国研究人员的广泛关注。在碳纳米管应用研究工作中，碳纳米管薄膜材料是其中的一个重要研究领域。碳纳米管薄膜是由大量碳纳米管互相缠绕连接形成的厚度为几十纳米的宏观薄膜材料。

在碳纳米管薄膜制备方面，人们先后发展了碳管溶液旋涂法、浮动催化化学气相生长法以及可纺丝碳纳米管阵列直接纺丝等制备方法。其中溶液旋涂法效率较低、可控性相对较差。浮动催化化学气相生长法以及可纺丝碳纳米管阵列直接纺丝法具有方法简单、可控性好、易于批量化制备等优势。这两种方法可以直接形成自支撑的碳纳米管薄膜材料，有利于后续的加工和利用，因此受到了人们的重点关注。目前许多公司和研究小组正在进行产业化方面批量化工艺研究。碳纳米管薄膜材料通过层层叠加的方法可以形成具有一定厚度的碳纳米管膜材料，使纳米尺度的碳纳米管组装成为具有宏观可操作性的膜材料。

由于碳纳米管独特的力学和电学性质，使得碳纳米管膜材料具有许多奇特的性能和应用。碳纳米管膜具有薄、导电、柔性、稳定、环境友好等特点，同时，虽然碳纳米管膜厚度最薄只有几十纳米，但是它仍然具有非常好的自支撑特性。鉴于此，碳纳米管膜在能源存储领域的电极材料、智能传感材料、电磁屏蔽材料等领域的应用取得了突破性的研究进展，成为近年来各发达国家竞相研究的重点。

碳纳米管膜在应用过程中也存在一定的问题。尽管单根碳纳米管具有非常好的导电性能，但是碳纳米管膜中碳纳米管之间主要依靠范德华力相互接触，因此碳管之间存在很大的接触电阻，从而使得碳纳米管膜的电导率主要分布在10⁴—10⁵s/m之间。目前为止，通过直接制备生长工艺的方法进一步提高碳纳米管膜的电导率还很难实现。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种碳纳米复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种与上述制备方法相应的碳纳米复合材料。

为实现上述发明目的之一，本发明的一种碳纳米复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

制备碳纳米管薄膜前驱体；

将碳纳米管薄膜前驱体相叠加，形成具有自支撑性能的碳纳米管膜；

在碳纳米管膜表面设置一层金属膜。

作为本发明的进一步改进，所述制备方法还包括：将制备的碳纳米管膜与致密化溶液相接触，所述致密化溶液选自乙醇、或丙酮、或乙二醇、或它们的组合。

作为本发明的进一步改进，所述制备方法还包括：将制备的碳纳米管膜进行预处理，所述预处理包括化学功能基团修饰、或离子束/等离子体处理。

作为本发明的进一步改进，所述制备碳纳米管薄膜前驱体的方法为浮动催化化学气相生长法，制得的碳纳米管薄膜前驱体的厚度范围为10~100nm。

作为本发明的进一步改进，所述制备碳纳米管薄膜前驱体的方法为可纺丝碳纳米管阵列直接拉膜法，制得的碳纳米管薄膜前驱体的厚度范围为10~100nm。

作为本发明的进一步改进，所述碳纳米管膜厚度范围为50~5000nm。

作为本发明的进一步改进，所述设置金属膜的方法为物理真空镀膜方法或者化学湿法镀膜方法。

作为本发明的进一步改进，所述金属膜覆盖所述碳纳米管膜的至少部分表面，所述金属膜的厚度为10~2000nm。

作为本发明的进一步改进，所述金属膜为具有单一组分的金属膜、或者具有多组分的复合金属膜。

为实现上述另一发明目的，所述碳纳米复合材料包括碳纳米管膜层、以及覆盖于所述碳纳米管膜表面的金属膜层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明的方法得到的碳纳米管膜复合材料兼具了碳纳米管膜优良的力学和结构特性以及金属的高导电特性，具有薄、柔性好、导电性好等优点。同时该复合材料自支撑性好，在使用过程中易于处理和加工，在电磁屏蔽材料、功能化智能材料、电极材料等领域具有非常广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的碳纳米复合材料的制备方法的一具体实施方式的方法流程图；

图2为本发明的碳纳米复合材料的制备方法的一具体实施方式的制备原理示意图；

图3为本发明的碳纳米复合材料的一具体实施方式的光学照片；