[发明专利]碳纳米管薄膜复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料与多功能复合材料的制备技术领域，尤其涉及一种碳纳米管薄膜复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纳米管薄膜是由大量碳纳米管相互缠绕连接形成的厚度介于单原子分子至微米毫米尺度的宏观薄膜材料，它是碳纳米管研究领域的重要组成部分。在碳纳米管薄膜制备方面，人们先后发展了碳纳米管溶液旋涂法及过滤法、浮动催化气相生长法和可纺丝碳纳米管垂直阵列直接纺丝法等制备方法。其中后两者在薄膜的力学、电学等方面具有很大优势，也是目前主要的碳纳米管薄膜制备方式。碳纳米管薄膜具有高强度、高导电性、轻薄、优良柔韧性及化学稳定性等特点，在电子电力、能源存储、智能传感、复合材料、航空航天等领域的应用研究已取得一定进展。

鉴于当前对于材料性能要求的不断提高，需要在一种新材料中赋予和兼备两种或两种以上原有单一传统材料所不具备的优势性能，复合材料便应运而生。比如对于某种二维材料，既要求轻质高强，又需要其具备良好的导电性能；或者需要某种材料柔韧性好，又期望其拥有良好的电磁屏蔽性能；再或者需要某种材料拥有超高导电性能的同时，还具备优良的化学稳定性。诸如此类，需在一种材料中实现多种功能集成的复合材料，对于目前的传统材料来说还是存在较大困难，有必要开发新型复合材料。目前为止，基于碳纳米管薄膜的多功能集成且功能可调的碳纳米管薄膜复合材料还鲜有报道和应用。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便快捷、成本低廉的多功能集成的碳纳米管薄膜复合材料及其制备方法。 

为实现上述发明目的，本发明提供一种碳纳米管薄膜复合材料，其包括：包括彼此复合的第一碳纳米管薄膜功能层和第二碳纳米管薄膜功能层，其中，所述第一碳纳米管薄膜功能层和/或所述第二碳纳米管薄膜功能层中含有至少一种功能性材料。

作为本发明的进一步改进，所述第一碳纳米管薄膜功能层和所述第二碳纳米管薄膜功能层为卷状或片状。

作为本发明的进一步改进，所述功能性材料选自纳米材料、金属氧化物、金属硫化物、金属氢氧化物、金属单质、金属盐、有机高分子材料、半导体材料中的一种或几种的组合。

作为本发明的进一步改进，所述纳米材料包括石墨烯、和/或氧化石墨烯、和/或富勒烯、和/或银纳米颗粒、和/或银纳米线、和/或硅纳米线、和/或氧化锌纳米线、和/或金纳米棒、和/或二氧化钛纳米管、和/或碳纳米管、和/或硒化镉、和/或硫化镉、和/或磷化铟量子点；所述金属单质包括铜和/或镍和/或钴；所述金属盐包括铜盐和/或镍盐和/或钴盐；所述金属氧化物包括铁氧体、和/或氧化锌、和/或氧化亚铜、和/或二氧化钛、和/或氧化铁、和/或氧化铝；所述的金属硫化物包括硫化镓；所述有机高分子材料包括双马来酰亚胺、和/或环氧树脂、和/或酚醛树脂、和/或聚酰亚胺、和/或聚氨酯、和/或聚二甲基硅氧烷、和/或聚乙烯醇；所述半导体材料包括硅、和/或二氧化硅、和/或碳化硅、和/或氮化镓、和/或砷化镓。

作为本发明的进一步改进，所述第一碳纳米管薄膜功能层和所述第二碳纳米管薄膜功能层的厚度在0.5μm到1mm之间；所述碳纳米管薄膜复合材料的厚度在1μm到50mm之间。

作为本发明的进一步改进，所述碳纳米管薄膜复合材料包括多层复合的第一碳纳米管薄膜功能层和第二碳纳米管薄膜功能层，所述碳纳米管薄膜复合材料的复合层数在2层到1000层之间。

相应地，一种碳纳米管薄膜复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、分别制备第一碳纳米管薄膜功能层和第二碳纳米管薄膜功能层；

S2、将所述第一碳纳米管薄膜功能层和/或第二碳纳米管薄膜功能层用至少一种功能性材料修饰；

S3、将经步骤S2处理的第一碳纳米管薄膜功能层和第二碳纳米管薄膜功能层彼此复合。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中的第一碳纳米管薄膜功能层和第二碳纳米管薄膜功能层通过浮动催化化学气相沉积法制备、或通过可纺丝碳纳米管垂直阵列直接拉膜制备、或通过碳纳米管粉体分散液制备；步骤S2中所述的修饰方法包括喷涂、旋涂、浸泡、打印、印刷、电镀、化学镀、真空蒸发沉积、溅射沉积、化学气相沉积、等离子体/光/激光/电子束增强化学气相沉积、湿化学方法、自组装中的一种或几种的方法混合。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述的复合方法包括采用连续的层层卷绕收集工艺，或间断的层层叠加工艺。

作为本发明的进一步改进，步骤S3具体包括：

将多层的经步骤S2处理的第一碳纳米管薄膜功能层和第二碳纳米管薄膜功能层彼此复合。