[发明专利]垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料及其制备方法

权利要求书

1.一种垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料，其特征在于：包括石墨烯和在其中均匀分布的垂直定向碳纳米管阵列；其中，垂直定向碳纳米管阵列结构为复合薄膜材料本体提供额外的纵向导热通路，形成石墨烯层间的纵向导热通路；而石墨烯则为复合薄膜材料本体提供横向导热通路；利用垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯材料的定向导热通道，使垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯材料形成立体网状的导热通道结构，复合薄膜的纵向导热和横向导热实现互补，垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯的接触位置或连接处形成导热界面连接结构。

2.根据权利要求1所述垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料，其特征在于：其中，石墨烯层间距为0.5～3μm，石墨烯厚度为0.8～1.2nm，垂直定向碳纳米管阵列的碳纳米管高度为100～200μm。

3.根据权利要求1所述垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料，其特征在于：将氧化石墨烯制成氧化石墨溶液，然后采用氧化石墨溶液来填充图形化和致密化处理后的垂直定向碳纳米管阵列，并去除垂直定向碳纳米管阵列的碳纳米管簇间隙中的氧化石墨溶液的液体溶剂，使每一簇碳纳米管之间的间隙填充氧化石墨烯，然后在高温下还原氧化石墨烯，得到垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜。

4.根据权利要求4所述垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料，其特征在于：将碳纳米管进行致密化处理，形成致密化的所述垂直定向碳纳米管阵列结构；得到的所述垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜的厚度为150～250μm。

5.一种权利要求1所述垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

a.利用在基底上图形化处理过的催化剂，在基底上生长垂直定向碳纳米管阵列；

b.对在所述步骤a中制备的垂直定向碳纳米管阵列进行致密化处理，获得具有致密化结构的垂直定向碳纳米管阵列；

c.将氧化石墨烯加入到去离子水中，离心搅拌，制成氧化石墨烯溶液；将在所述步骤b中经过致密化处理后的垂直定向碳纳米管阵列放置在恒温加热台上进行恒温加热，将得到的氧化石墨烯溶液滴涂入经过致密化处理后的垂直定向碳纳米管阵列中，并蒸发去水分，然后在得到的垂直定向碳纳米管阵列和氧化石墨烯复合薄膜上施加压力进行压实成型，使每一簇碳纳米管之间的间隙填充氧化石墨烯，得到垂直定向碳纳米管阵列和氧化石墨烯复合薄膜；

d.将在所述步骤c中得到的垂直定向碳纳米管阵列和氧化石墨烯复合薄膜剥去基底，从而得到复合膜结构材料前体；

e.将在所述步骤d中得到的复合膜结构材料前体置于高温管式石英炉中，在惰性气体保护下，进行逐步升温热处理，控制温度制度如下：

先对复合膜结构材料前体加热升温至50～400℃，进行第一阶段保温热处理30～60min；

对复合膜结构材料前体升温至400～600℃，进行第二阶段保温热处理30～60min；

对复合膜结构材料前体升温至600～800℃，进行第三阶段保温热处理30min～60min；

对复合膜结构材料前体升温至800～1000℃，进行第三阶段保温热处理30min～60min；

对复合膜结构材料前体升温至1000～1200℃，进行第三阶段保温热处理30min～60min；

再对复合膜结构材料前体升温至1400℃，进行第四阶段保温热处理120min～180min，从而得到垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜。

6.根据权利要求5所述垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，在基底上生长高度在100～250μm之间的垂直定向碳纳米管阵列。

7.根据权利要求5所述垂直定向碳纳米管阵列和石墨烯复合薄膜材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，进行致密化处理的时间为15～25s。