[發(fā)明專利]高密度碳納米管陣列復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710075300.6
• 申請(qǐng)日: 2007-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN101353785A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅春香;劉亮;姜開利;劉長(zhǎng)洪;范守善
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司
• 主分類號(hào): C23C16/26
• 分類號(hào): C23C16/26;C23C16/448;C23C16/52;C23C16/56
• 代理公司: 暫無信息
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳納米管陣列復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種高密度碳納米管陣列復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

自1991年日本NEC公司的Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管(Carbon?Nanotube，CNT)以來(Iilima?S.，Nature，vol?354，p56(1991))，立即引起科學(xué)界及產(chǎn)業(yè)界的極大重視。碳納米管具有優(yōu)良的機(jī)械和光電性能，被認(rèn)為是復(fù)合材料的理想添加物。碳納米管/聚合物復(fù)合材料首次報(bào)道后已成為世界科學(xué)研究的熱點(diǎn)(Ajayan?P.M.，Stephan?O.，Colliex?C.，Tranth?D.，Science.，vol265，p1212(1994)：Calvert?P，Nature，vol399，p210(1999))。碳納米管作為增強(qiáng)體和導(dǎo)電體，形成的復(fù)合材料具有抗靜電，吸收微波和屏蔽電磁等性能，具有廣泛的應(yīng)用前景。

碳納米管復(fù)合材料的制備方法通常有原位聚合法、溶液共混法和熔體共混法。原位聚合法是利用碳納米管表面的官能團(tuán)參與聚合或利用引發(fā)劑打開碳納米管的π鍵，使其參與聚合反應(yīng)而達(dá)到與有機(jī)相的良好相容。溶液共混一般是把碳納米管分散到聚合物的溶劑中，再將聚合物溶入其中，加工成型后將溶劑清除，從而制得復(fù)合材料。融體共混法是把碳納米管與聚合物基體材料在大于基體材料熔點(diǎn)的溫度下熔融并均勻混合而得到碳納米管復(fù)合材料。

由于碳納米管具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和熱導(dǎo)率，利用定向排列的碳納米管陣列結(jié)構(gòu)，可制備性能優(yōu)異的碳納米管導(dǎo)熱材料和碳納米管復(fù)合增強(qiáng)材料。碳納米管對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能和機(jī)械性能增強(qiáng)效果與碳納米管在復(fù)合材料中的密度相關(guān)。

目前，采用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法制備碳納米管陣列的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。然而，CVD方法直接生長(zhǎng)所得到的碳納米管陣列的密度小于0.01克每立方厘米(g/cm³)，在微觀上看是較為松散的，碳納米管之間的間距大于碳納米管自身直徑的數(shù)倍。CVD法直接生長(zhǎng)所得到的碳納米管陣列受CVD方法生長(zhǎng)的限制，在其陣列中碳納米管的密度基本上是確定的，無法任意調(diào)控。以該低密度碳納米管陣列制備的復(fù)合材料，由于其中碳納米管導(dǎo)熱通道的密度太低，從而使得其在導(dǎo)熱或復(fù)合材料等應(yīng)用中并沒有達(dá)到理想的效果。

Don?N.Futaba等人(請(qǐng)參見“Shape-engineerable?and?highly?densely?packedsingle-walled?carbon?nanotubes?and?their?application?as?super-capacitorelectrodes”，Don?N.Futaba?et?al.，Nature?Materials，vol5，p987(2006))利用收縮效應(yīng)把單壁碳納米管收縮成高密度碳納米管陣列，且證實(shí)了其所制備的高密度碳納米管陣列，具有單個(gè)碳納米管的固有特性，例如大的比表面積、優(yōu)異的柔韌性以及導(dǎo)電性等。高密度碳納米管陣列可應(yīng)用于彈性加熱器和密閉能量存儲(chǔ)器件的超級(jí)電容器的電極上，但是該方法制備的工序較復(fù)雜，且制備的碳納米管陣列的密度也不可以任意調(diào)控。

因此，提供一種工序簡(jiǎn)單、密度可控的高密度碳納米管陣列復(fù)合材料的制備方法十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

以下將以實(shí)施例說明一種工序簡(jiǎn)單、密度可控的高密度碳納米管陣列復(fù)合材料的制備方法。

一種高密度碳納米管陣列復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟：提供一形成于一基底的碳納米管陣列和一高分子前驅(qū)體溶液；將碳納米管陣列和高分子前驅(qū)體溶液混合，形成一高分子前驅(qū)體/碳納米管陣列混合體；沿著平行于基底的方向擠壓該高分子前驅(qū)體/碳納米管陣列混合體，形成一高分子前驅(qū)體/高密度碳納米管陣列混合體；聚合高分子前驅(qū)體/高密度碳納米管陣列混合體中的高分子前驅(qū)體，從而形成高密度碳納米管陣列復(fù)合材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，利用本發(fā)明所提供的方法制備的高密度碳納米管陣列復(fù)合材料中，碳納米管陣列的密度可根據(jù)需要控制為CVD法直接生長(zhǎng)所得到的碳納米管陣列復(fù)合材料的10-200倍，即復(fù)合材料中碳納米管導(dǎo)熱通道的密度提高了10-200倍，從而該碳納米管陣列復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱性能。其次，由于碳納米管之間緊密地填充高分子材料，使得碳納米管之間連接穩(wěn)定，比純碳納米管陣列的力學(xué)性能更為優(yōu)良。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例高密度碳納米管陣列的制備方法的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例高密度碳納米管陣列復(fù)合材料的擠壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例高密度碳納米管陣列復(fù)合材料的制備方法的流程示意圖。