[发明专利]一步制备碳纳米管薄膜复合材料的制备装置和制备方法

权利要求书

1.一步制备碳纳米管薄膜复合材料的制备装置，其特征在于：包括用于合成碳纳米管聚集体的反应室以及与所述反应室连通的收集室，所述收集室设置有用于收集所述碳纳米管聚集体的传送带，所述传送带可被驱动地沿闭合循环轨迹移动并且可沿传动轴的轴向移动以使所述碳纳米管聚集体层层叠加地缠绕于所述传送带的表面并形成厚度和宽度大小均可调的碳纳米管薄膜；

所述收集室还设置有能够使高分子基体对传送带上形成的碳纳米管薄膜的表面进行浸润的浸润部件以及配合所述传送带的施压部件，高分子基体通过所述浸润部件对碳纳米管薄膜的表面进行浸润，同时所述施压部件对碳纳米管薄膜表面施压以使碳纳米管薄膜与高分子基体结合而形成致密的碳纳米管薄膜复合材料；

所述收集室还设置有用于使所述碳纳米管薄膜复合材料固化成型的加热装置；

所述施压部件和所述浸润部件集成为具有中空结构的辊轮，所述辊轮的表面开设有孔，高分子基体能够从所述孔中流出并对传送带上形成的碳纳米管薄膜的表面进行浸润，同时所述辊轮对碳纳米管薄膜表面滚压以使碳纳米管薄膜与高分子基体充分结合而形成致密的碳纳米管薄膜复合材料。

2.根据权利要求1所述的一步制备碳纳米管薄膜复合材料的制备装置，其特征在于：所述施压部件活动连接于所述收集室以使所述施压部件与所述传送带之间的压力可调节。

3.根据权利要求1所述的一步制备碳纳米管薄膜复合材料的制备装置，其特征在于：沿传动轴轴向，所述施压部件的宽度大于所述碳纳米管薄膜的宽度。

4.根据权利要求2所述的一步制备碳纳米管薄膜复合材料的制备装置，其特征在于：所述传送带和滚压装置的表面均包覆有聚四氟乙烯材料层或者所述传送带和滚压装置均由聚四氟乙烯加工成型。

5.一步制备碳纳米管薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法是采用权利要求1至4任意一项所述的制备装置进行的，其包括以下步骤：

a)将反应物注入反应室，同时通入载气，反应物在1100-1600℃的恒温下反应生成碳纳米管聚集体；所述反应物包括碳源、催化剂和促进剂；

b)步骤a生成的碳纳米管聚集体在载气的作用下进入收集室，并沉积在传送带上，随着传送带的移动，碳纳米管聚集体缠绕在传送带的表面而形成具有一定厚度的单层碳纳米管薄膜，并通过调整传送带沿传动轴的轴向移动距离，得到具有一定宽度的单层碳纳米管薄膜；

c)将配置好的高分子基体通过浸润部件对步骤b得到的单层碳纳米管薄膜表面进行浸润，同时施压部件与传送带贴合并随着传送带的移动对碳纳米管薄膜进行施压，以使碳纳米管薄膜与高分子基体进一步结合而形成致密的单层碳纳米管薄膜复合材料；

d)将步骤c得到的单层碳纳米管薄膜复合材料经过加热装置加热固化成型；

e)随着传送带沿闭合循环轨迹的移动，经过层层叠加，最终得到厚度和面积大小可调的碳纳米管薄膜复合材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述碳源为甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种；

所述催化剂为二茂铁和二茂镍中的至少一种，其占反应物总质量的0.1-3％；

所述促进剂为噻吩和硫单质中的至少一种，其占反应物总质量的0.1-3％；

所述载气为氢气、氮气或者氢气和惰性气体的混合气体，其中所述氢气的体积百分比为10～100％，所述惰性气体为氩气或氦气；所述载气的气体流量为1～10L/min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤c中，所述高分子基体为热固性或热塑性树脂。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述高分子基体为环氧树脂与溶剂按照质量比1:(4～19)制成的混合溶液，所述溶剂为乙醇、甲醇、丙酮或者二氯乙烷；步骤d中，加热固化温度为110～130℃。