[发明专利]一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提出了一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用，以单壁碳纳米管作为自支撑骨架，在其上面包覆上具有宏观厚度的碳纳米管海绵，有自支撑结构的多壁碳纳米管海绵解决了在基底上生长的碳纳米管海绵剥离困难以及剥离过程中结构被破坏的问题。另外，中间的单壁碳纳米管薄膜可以起到隔离作用，对单壁碳纳米管薄膜两侧的多壁碳纳米管海绵通过填充不同热膨胀系数的高分子聚合物，可制备双层膜制动器，解决了传统双层膜制动器界面结合弱的问题。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别是指一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用。

背景技术

三维多孔的多壁碳纳米管海绵具有轻量化、柔性、高导电率、高比表面积、力学性能优异等特点，被广泛应用传感器、制动器、能源设备、人工智能等领域。目前，多壁碳纳米管海绵往往通过化学气相沉积方法沉积在耐高温的基底上，如硅片、石英片等。多壁碳纳米管海绵于基底的连接一般较为紧密，给剥离造成困难，另一方面，碳纳米管在剥离的过程中不可避免地被压缩，结构上很难保持。因此，具有自支撑结构的海绵具有初始的结构，孔隙度，可操作性更强，在复合材料和应用上有着更实用的价值。

另一方面，双层膜制动器的两面由于不同的膨胀系数，在受外界刺激(如，水、光、电、热等)时，由于膨胀程度的不同，会发生弯曲，实现致动效果，在人工智能，软机器人，机械手臂等领域有着应用潜力。双层膜制动器由于两层的组分不同，界面问题一直困扰着人们。

发明内容

本发明提出一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜及其制备方法和应用，以单壁碳纳米管作为自支撑骨架，在其上面包覆上具有宏观厚度的碳纳米管海绵，解决了在基底上生长的海绵剥离困难以及剥离过程中结构被破坏的问题。另外，中间的单壁碳纳米管薄膜可以起到隔离作用，对单壁碳纳米管薄膜两侧的碳纳米管海绵通过填充不同热膨胀系数的高分子聚合物，可制备双层膜制动器，解决了传统双层膜制动器界面结合弱的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜，包括多壁碳纳米管海绵，多壁碳纳米管海绵内设置有纳米厚度的单壁碳纳米管薄膜，单壁碳纳米管薄膜作为骨架，使多壁碳纳米管海绵实现自支撑。

进一步地，多壁碳纳米管海绵以单壁碳纳米管薄膜为分界线分为上下两层，上下两层的多壁碳纳米管海绵为一体成型结构。

进一步地，单壁碳纳米管薄膜一侧的多壁碳纳米管海绵上滴灌固化有聚合物1，另一侧的多壁碳纳米管海绵上滴灌固化有聚合物2，聚合物1的热膨胀系数大于聚合物2。

进一步地，聚合物1为PDMS，聚合物2为环氧树脂。

一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用化学气相沉积制备的自支撑且连续的单壁碳纳米管薄膜，将单壁碳纳米管薄膜悬空平铺在管式炉中；

(2)采用化学气相沉积，在单壁碳纳米管薄膜上生长多壁碳纳米管海绵。

进一步地，在多壁碳纳米管海绵的一侧均匀的滴灌上PDMS溶液，进行加热固化，再在多壁碳纳米管海绵的另一面滴灌上环氧树脂，进行加热固化。

进一步地，步骤(1)中，以二甲苯为碳源，二茂铁为催化剂，在氢气氩气混合气体氛围中，1200℃生长单壁碳纳米管薄膜。

进一步地，步骤(2)中，以二氯苯为碳源，二茂铁为催化剂，在氢气氩气混合气体氛围中，860℃生长多壁碳纳米管海绵。

进一步地，步骤(3)中，单壁碳纳米管薄膜起到隔离作用，使聚合物1和聚合物2沿单壁碳纳米管薄膜的两侧均匀分布。

一种自支撑夹心多壁碳纳米管海绵膜在双层膜制动器中的应用。

本发明的有益效果：