[發明專利]一種銅填充碳納米管陣列基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810153206.6
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN110143585B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 姚亞剛;張凱
• 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: C01B32/178
• 分類號: C01B32/178
• 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: 王茹;王鋒

本發明公開了一種銅填充碳納米管陣列基復合材料及其制備方法。所述制備方法包括：提供碳納米管陣列；將含銅前驅體、碳納米管陣列分別置于化學氣相沉積設備的第一溫區、第二溫區；使所述前驅體汽化，并以還原性載氣攜帶所述前驅體進入所述碳納米管陣列內部；使所述還原性載氣與所述前驅體在所述碳納米管陣列內部反應形成復數個納米銅顆粒，并使所述復數個納米銅顆粒在所述碳納米管陣列的內部孔隙中成核生長，形成復數個微米銅顆粒；對填充有微米銅顆粒的所述碳納米管陣列進行高溫退火處理，使所述復數個微米銅顆粒相互融合，獲得銅填充碳納米管陣列基復合材料。本發明所制備的銅填充碳納米管陣列基復合材料具有優異熱傳導性能。

技術領域

本發明涉及一種碳納米管復合材料的制備方法，特別涉及一種銅填充碳納米管陣列基復合材料及其制備方法與所用的系統，屬于納米微復合材料技術領域。

背景技術

碳納米管垂直陣列，作為碳納米管取向排列的一種形式，其內部的碳納米管垂直于生長基底，既具有優異的高度方向的擇優導熱性能，其具有較一致的長徑比、較好的單一取向、較高的純度，又保持著碳納米管高的導電性、良好的力學性能與柔韌性，在諸多領域都有著廣泛的應用前景。不過，碳納米管陣列內部有高達90～95％的孔隙，使得其實測的導熱、導電等性能遠低于單根碳納米管的結果，對于碳納米管陣列的應用帶來了很大的挑戰。

目前，碳納米管陣列的應用探索均采用了一定的方法來降低其孔隙率。具體的，如對生長條件和催化劑進行優化(ACS Nano,2012,6,2893-2903；Carbon,2013,53,339-345；Carbon,2015,81,773-781)，直接生長高密度陣列，該方法對于陣列的生長設備提出了苛刻的要求、孔隙率的降低也很有限，而且需要高頻度使用電子束蒸鍍設備與低壓化學氣相沉積設備等，而這些設備安置環境要求較高、操作復雜、內部空間有限，不利于大規模的生產；或是對碳納米管陣列施加機械外力(Nanoscale,2014,6,2669–2674)，制成碳納米管的取向薄膜來使用，該方法使用的宏觀的機械力相對于碳納米管過于強大，對于碳納米管的自身結構造成了很大的破壞，進而降低了整體的熱學、力學性能；或是向其中填充其它的物質(Surf.Eng.,2012,28,435-441；ACS Appl.Mater.Interfaces,2014,6,539-544)，如環氧樹脂、聚二甲基硅氧烷等，以其他的物質來填補孔隙，該方法由于碳納米管陣列材料本身的孔隙較小，與碳納米管一樣都是納米級的，而聚合物材料的黏度較大，采用普通的方法很難將粘稠的聚合物材料均勻的滲入碳納米管陣列內部，更很難在陣列內外均勻分布，聚合物材料利用率低，內部孔隙填充效率低。

現有技術中還公開了一種采用電化學沉積的方式在碳納米管陣列中填充銅的方案，該方案先將碳納米管陣列壓實，再用銅的有機化合物溶液做預沉積，最后再使用商品電鍍液完成沉積。該方案中先使用機械外力來提高碳納米管陣列的密度，但機械外力的施加會損傷碳納米管的結構，造成碳納米管的缺陷增多影響材料的性能表現，提高密度后，碳納米管陣列內部的空間減少、孔隙率降低，不利于填充物的進入。

綜上所述，目前碳納米管陣列基復合材料的制備都存在一定的問題和不足，需要開發設計新型的碳納米管陣列基填充復合材料與相應的制備方法。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種銅填充碳納米管陣列基復合材料及其制備方法與系統，從而克服現有技術中的不足。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

本發明實施例提供了一種金屬填充碳納米管陣列基復合材料的制備方法，其包括：

提供碳納米管陣列；

使含有金屬元素的前驅體與還原性載氣進入所述碳納米管陣列內部后反應，獲得填充所述碳納米管陣列內部孔隙的復數個微米金屬顆粒；

對填充有微米金屬顆粒的所述碳納米管陣列進行高溫退火處理，使所述復數個微米金屬顆粒相互融合，獲得金屬填充碳納米管陣列基復合材料。