[發明專利]碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料及其制法與應用

有效

• 申請號: 201610392921.6
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN107459692B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 呂衛幫;劉佳林;曲抒旋;李清文
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所;中國科學院大學
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L77/00;C08K7/00;C08K7/24
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料，其包括網絡骨架，所述網絡骨架包括由復數根碳納米管聚集形成的碳納米管薄膜，該復數根碳納米管中的至少部分碳納米管上分布有結晶體，并且其中至少一根碳納米管上設置有由兩個以上結晶體以所述碳納米管為軸依次分布而形成的串晶結構，所述結晶體的材質選自能夠結晶的聚合物。本發明還公開了所述碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料的制備方法與應用。本發明提供的碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料形態均一、力學強度高，厚度最低可達1μm，有效解決了碳納米管在聚合物中難分散從而難以形成良好結晶形貌的問題。

技術領域

本發明屬于納米材料領域，涉及一種碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料及其制法與應用，具體涉及一種具有良好串晶結構并且力學性能高的納米管復合材料、及其制備方法與應用。

背景技術

碳納米管因其特殊的管狀結構而具有優異的力學、熱學、電學等性能，因而可用于晶體管、傳感器、半導體、超級電容器等眾多應用領域。但是，由于碳納米管表面光滑，因此碳納米管管間的相互作用并不理想，這嚴重阻礙了碳納米管在應用領域的發展。因此，研究者們通過多種方法試圖解決碳納米管管間的界面問題。例如通過化學方法在碳納米管表面接枝官能團，這種方法雖然能夠提高碳納米管的反應活性并且能夠提高碳納米管表面粗糙度，從而使碳納米管管間靜摩擦增加，增強界面，但是這也同時對碳納米管造成了結構上的破壞，從而使碳納米管的性能下降。因此，一種不破壞碳納米管同時又能夠提高碳納米管表面粗糙度的方法急需被開發。

有研究人員研究了聚乙烯在碳納米管分散液中形成結晶的機理。這種方法使得聚乙烯在碳納米管表面形成了結晶結構，提高了碳納米管表面的粗糙程度，從而改善了碳納米管管間界面。然而，由于碳納米管本身結構的限制，這種方法利用碳納米管制成分散液，并與聚合物共混，很難形成均勻分散液，這就導致了所制備的碳納米管/聚乙烯復合材料結構不均勻，并且結晶形貌可控性差。

發明內容

針對碳納米管難以分散，不能形成良好串晶結構的問題，本發明的主要目的在于提供一種碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料，其包括網絡骨架，所述網絡骨架包括由復數根碳納米管聚集形成的碳納米管薄膜，該復數根碳納米管中的至少部分碳納米管上分布有結晶體，并且其中至少一根碳納米管上設置有由兩個以上結晶體以所述碳納米管為軸依次分布而形成的串晶結構，所述結晶體的材質選自能夠結晶的聚合物。

在一些實施方案之中，所述碳納米管薄膜表面及內部均分布有所述串晶結構。

在一些較為優選的實施方案之中，所述串晶結構中的相鄰結晶體彼此間隔設置。

本發明實施例提供了一種制備所述碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料的方法，其包括：

提供由復數根碳納米管聚集形成的碳納米管薄膜，以及，提供主要由所述聚合物及溶劑組成的聚合物溶液；

以所述聚合物溶液充分浸潤所述碳納米管薄膜，并使所述聚合物至少在該復數根碳納米管中的部分碳納米管上結晶形成結晶體，且使其中至少兩個結晶體以一碳納米管為軸依次分布而形成串晶結構，從而形成所述碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料。

與現有技術相比，本發明的優點包括：

(1)本發明提供了一種碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料，不僅形態均一、力學強度高，而且厚度最低可達1μm，有效解決了碳納米管在聚合物中難分散從而難以形成良好結晶形貌的問題。

(2)本發明提出的一種碳納米管薄膜/半晶質聚合物復合材料不僅制備工藝簡單可控，而且成本低，可廣泛用于晶體管、傳感器、半導體、超級電容器等眾多應用領域。

附圖說明