專(zhuān)利名稱(chēng)：碳納米管復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種碳納米管復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
自九十年代初以來(lái)，以碳納米管為代表的納米材料以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)引起了 人們極大的關(guān)注。近幾年來(lái)，隨著碳納米管及納米材料研究的不斷深入，其廣闊的應(yīng)用前 景不斷顯現(xiàn)出來(lái)。例如，由于碳納米管所具有的獨(dú)特的電磁學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、化學(xué)等性能，大 量有關(guān)其在場(chǎng)發(fā)射電子源、傳感器、新型光學(xué)材料、軟鐵磁材料等領(lǐng)域的應(yīng)用研究不斷被報(bào) 道。目前大部分碳納米管的應(yīng)用大概通過(guò)以下兩種方式去實(shí)現(xiàn)，一是將碳納米管粉體 均勻分散在某種材料中，利用碳納米管的各種特性來(lái)強(qiáng)化復(fù)合材料的各種性能；二是，將碳 納米管形成于基體的表面，用作電子器件，比如作為電子發(fā)射源或作為導(dǎo)電層和電極等等。 其中，將碳納米管形成于基體表面的方法通常包括兩種第一是采用粘結(jié)劑將碳納米管粘 合于基體的表面。這種方法工藝上有涂膠、脫膠等繁雜不環(huán)保的過(guò)程而且粘合時(shí)操控性差， 其所制備的碳納米管復(fù)合材料通常因?yàn)檎辰Y(jié)劑的老化導(dǎo)致粘結(jié)劑與基體材料結(jié)合不牢固， 造成碳納米管復(fù)合材料的損壞，而且復(fù)合材料中膠與基體以及碳納米管層之間具有復(fù)雜的 界面，影響在一些應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用效果。第二種是將基體材料完全熔化后，通過(guò)澆注的方法 與碳納米管結(jié)合，待基體材料冷卻后形成碳納米管復(fù)合材料。由于需要將基體材料熔化后 再冷卻，需要消耗大量的熱能，且由于加熱溫度較高，很可能對(duì)基體材料造成破壞，另外澆 注過(guò)程對(duì)碳納米管的沖擊力很難控制，影響產(chǎn)品一致性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，確有必要提供一種碳納米管復(fù)合材料的制備方法，該方法中無(wú)需將整 個(gè)基體材料熔化，不會(huì)破壞基體材料。一種碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟提供一基體，該基體具有一 表面；提供一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述基體的表面，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包 括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管之間形成有多個(gè)微間隙；將所述碳納米管結(jié)構(gòu)與基體放 置于一電磁波環(huán)境中，使基體表面熔化后滲透至所述碳納米管結(jié)構(gòu)的多個(gè)微間隙中。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的碳納米管復(fù)合材料的制備方法利用碳納米管與 電磁波的相互作用，在電磁波環(huán)境下加熱碳納米管結(jié)構(gòu)，從而使與碳納米管結(jié)構(gòu)接觸的基 體的表面熔化后與碳納米管結(jié)構(gòu)結(jié)合，無(wú)需將整個(gè)基體加熱熔化，有利于節(jié)約能源，且不會(huì) 破壞基體。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合材料的制備方法的流程圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管結(jié)構(gòu)形成于基體表面之后的掃描電鏡照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合材料表面數(shù)碼照片和光學(xué)顯微鏡下的 照片的組合圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的碳納米管復(fù)合材料側(cè)面的掃描電鏡照片。圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的將碳納米管結(jié)構(gòu)鋪設(shè)于基體的表面后，未進(jìn)行微波處 理和進(jìn)行微波處理之后對(duì)水滴浸潤(rùn)性影響的對(duì)比照片。主要元件符號(hào)說(shuō)明碳納米I 復(fù)合材料10基體12表面122碳納米I 結(jié)構(gòu)具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明碳納米管復(fù)合材料的制備方法作進(jìn)一步 的詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參見(jiàn)圖1，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種上述碳納米管復(fù)合材料的制備方法。該碳納米 管復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟步驟一、提供一基體，該基體具有一表面。所述表面可以為平面，也可以為彎曲表面。本實(shí)施例中，所述基體為一長(zhǎng)方體結(jié) 構(gòu)，厚度為3毫米，邊長(zhǎng)為50毫米。所述表面為邊長(zhǎng)為50毫米的正方形的平面。所述基體 為高分子材料，本實(shí)施例中，所述基體的材料為聚乙烯(PE)。步驟二、提供一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述基體的表面，所述碳納 米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管之間形成有多個(gè)微間隙。碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于基體表面的方法可以為通過(guò)將一含有碳納米管的漿料噴涂 或涂敷于該片狀結(jié)構(gòu)的表面，然后將溶劑揮發(fā)后形成，也可以直接將碳納米管結(jié)構(gòu)鋪設(shè)于 表面。本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)為一自支撐結(jié)構(gòu)。所述自支撐為碳納米管膜 不需要大面積的載體支撐，而只要相對(duì)兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀 態(tài)，即將該碳納米管膜置于(或固定于)間隔一固定距離設(shè)置的兩個(gè)支撐體上時(shí)，位于兩個(gè) 支撐體之間的碳納米管膜能夠保持自身層狀狀態(tài)。所述碳納米管結(jié)構(gòu)中的微間隙的最大孔 徑小于等于10微米。該自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)可以通過(guò)鋪設(shè)方式形成于表面。當(dāng)采用自 支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)時(shí)，無(wú)須將碳納米管形成漿料，無(wú)需解決碳納米管的分散問(wèn)題，也不會(huì) 在碳納米管結(jié)構(gòu)引入其他雜質(zhì)。且，采用自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)可以通過(guò)鋪設(shè)的方式將碳 納米管結(jié)構(gòu)形成于基體的表面，操作簡(jiǎn)單。所述碳納米管結(jié)構(gòu)所述碳納米管結(jié)構(gòu)可包括一個(gè)碳納米管膜，或多個(gè)平行且無(wú)間 隙鋪設(shè)或/和層疊鋪設(shè)的碳納米管膜。該碳納米管膜為一碳納米管拉膜、一碳納米管絮化 膜或一碳納米管碾壓膜。(一 )碳納米管拉膜的制備方法包括以下步驟首先，提供一碳納米管陣列形成于一生長(zhǎng)基底，該陣列為超順排的碳納米管陣列。4
該碳納米管陣列的制備方法采用化學(xué)氣相沉積法，其具體步驟包括(a)提供一 平整生長(zhǎng)基底，該生長(zhǎng)基底可選用P型或N型硅生長(zhǎng)基底，或選用形成有氧化層的硅生長(zhǎng)基 底，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選為采用4英寸的硅生長(zhǎng)基底；(b)在生長(zhǎng)基底表面均勻形成一催化劑 層，該催化劑層材料可選用鐵0 )、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述 形成有催化劑層的生長(zhǎng)基底在700°C 900°C的空氣中退火約30分鐘 90分鐘；(d)將處 理過(guò)的生長(zhǎng)基底置于反應(yīng)爐中，在保護(hù)氣體環(huán)境下加熱到500°C 740°C，然后通入碳源氣 體反應(yīng)約5分鐘 30分鐘，生長(zhǎng)得到碳納米管陣列。該碳納米管陣列為多個(gè)彼此平行且垂 直于生長(zhǎng)基底生長(zhǎng)的碳納米管形成的純碳納米管陣列。通過(guò)上述控制生長(zhǎng)條件，該定向排 列的碳納米管陣列中基本不含有雜質(zhì)，如無(wú)定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。其次，采用一拉伸工具從碳納米管陣列中拉取碳納米管獲得至少一碳納米管拉 膜，其具體包括以下步驟(a)從所述超順排碳納米管陣列中選定一個(gè)或具有一定寬度的 多個(gè)碳納米管，優(yōu)選為采用具有一定寬度的膠帶、鑷子或夾子接觸碳納米管陣列以選定一 個(gè)或具有一定寬度的多個(gè)碳納米管；(b)以一定速度拉伸該選定的碳納米管，從而形成首 尾相連的多個(gè)碳納米管片段，進(jìn)而形成一連續(xù)的碳納米管拉膜。該拉取方向沿基本垂直于 碳納米管陣列的生長(zhǎng)方向。在上述拉伸過(guò)程中，該多個(gè)碳納米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離生長(zhǎng) 基底的同時(shí)，由于范德華力作用，該選定的多個(gè)碳納米管片段分別與其它碳納米管片段首 尾相連地連續(xù)地被拉出，從而形成一連續(xù)、均勻且具有一定寬度的碳納米管拉膜。該碳納米管拉膜的寬度與碳納米管陣列的尺寸有關(guān)，該碳納米管拉膜的長(zhǎng)度不 限，可根據(jù)實(shí)際需求制得。當(dāng)該碳納米管陣列的面積為4英寸時(shí)，該碳納米管拉膜的寬度為 0. 5納米 10厘米，該碳納米管拉膜的厚度為0. 5納米 10微米。該碳納米管拉膜可作為一碳納米管結(jié)構(gòu)使用，也可以將至少兩層碳納米管拉膜層 疊設(shè)置或并排設(shè)置形成一碳納米管結(jié)構(gòu)。( 二)碳納米管絮化膜的制備方法包括以下步驟首先，提供一碳納米管原料。所述碳納米管原料可以為通過(guò)化學(xué)氣相沉積法、石墨電極恒流電弧放電沉積法或 激光蒸發(fā)沉積法等各種方法制備的碳納米管。采用刀片或其他工具將上述定向排列的碳納米管陣列從基底刮落，獲得一碳納米 管原料。優(yōu)選地，所述的碳納米管原料中，碳納米管的長(zhǎng)度大于100微米。其次，將上述碳納米管原料添加到一溶劑中并進(jìn)行絮化處理獲得一碳納米管絮狀 結(jié)構(gòu)，將上述碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)從溶劑中分離，并對(duì)該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)定型處理以獲得 一碳納米管絮化膜。溶劑可選用水、易揮發(fā)的有機(jī)溶劑等。絮化處理可通過(guò)采用超聲波分散處理或高 強(qiáng)度攪拌等方法。優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例采用超聲波分散10分鐘 30分鐘。由于碳納米 管具有極大的比表面積，相互纏繞的碳納米管之間具有較大的范德華力。上述絮化處理并 不會(huì)將該碳納米管原料中的碳納米管完全分散在溶劑中，碳納米管之間通過(guò)范德華力相互 吸引、纏繞，形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)。所述的分離碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的方法具體包括以下步驟將上述含有碳納米管絮 狀結(jié)構(gòu)的溶劑倒入一放有濾紙的漏斗中；靜置干燥一段時(shí)間從而獲得一分離的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)。所述的碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的定型處理過(guò)程具體包括以下步驟將上述碳納米管絮 狀結(jié)構(gòu)置于一容器中；將該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)按照預(yù)定形狀攤開(kāi)；施加一定壓力于攤開(kāi)的 碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)；以及，將該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)中殘留的溶劑烘干或等溶劑自然揮發(fā)后 獲得一碳納米管絮化膜?？梢岳斫?，本發(fā)明可通過(guò)控制該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)攤開(kāi)的面積來(lái)控制該碳納米管 絮化膜的厚度和面密度。碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)攤開(kāi)的面積越大，則該碳納米管絮化膜的厚度 和面密度就越小。另外，上述分離與定型處理碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的步驟也可直接通過(guò)抽濾的方式實(shí) 現(xiàn)，具體包括以下步驟提供一孔隙濾膜及一抽氣漏斗；將上述含有碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)的 溶劑經(jīng)過(guò)該孔隙濾膜倒入該抽氣漏斗中；抽濾并干燥后獲得一碳納米管絮化膜。該孔隙濾 膜為一表面光滑、尺寸為0. 22微米的濾膜。由于抽濾方式本身將提供一較大的氣壓作用 于該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)抽濾會(huì)直接形成一均勻的碳納米管絮化 膜。且，由于孔隙濾膜表面光滑，該碳納米管絮化膜容易剝離，得到一自支撐的碳納米管絮 化膜?？梢岳斫?，該碳納米管絮化膜具有一定的厚度，且通過(guò)控制該碳納米管絮狀結(jié)構(gòu) 攤開(kāi)的面積以及壓力大小可以控制碳納米管絮化膜的厚度。該碳納米管絮化膜可作為一碳 納米管結(jié)構(gòu)使用，也可以將至少兩層碳納米管絮化膜層疊設(shè)置或并排設(shè)置形成一碳納米管 結(jié)構(gòu)。(三)碳納米管碾壓膜的制備方法包括以下步驟首先，提供一碳納米管陣列形成于一生長(zhǎng)基底，該陣列為定向排列的碳納米管陣 列。所述碳納米管陣列優(yōu)選為一超順排的碳納米管陣列。所述碳納米管陣列與上述碳 納米管陣列的制備方法相同。其次，采用一施壓裝置，擠壓上述碳納米管陣列獲得一碳納米管碾壓膜，其具體過(guò) 程為該施壓裝置施加一定的壓力于上述碳納米管陣列上。在施壓的過(guò)程中，碳納米管 陣列在壓力的作用下會(huì)與生長(zhǎng)基底分離，從而形成由多個(gè)碳納米管組成的具有自支撐結(jié)構(gòu) 的碳納米管碾壓膜，且所述的多個(gè)碳納米管基本上與碳納米管碾壓膜的表面平行。施壓裝置為一壓頭，壓頭表面光滑，壓頭的形狀及擠壓方向決定制備的碳納米管 碾壓膜中碳納米管的排列方式。優(yōu)選地，當(dāng)采用平面壓頭沿垂直于上述碳納米管陣列生長(zhǎng) 基底的方向擠壓時(shí)，可獲得碳納米管為各向同性排列的碳納米管碾壓膜；當(dāng)采用滾軸狀壓 頭沿某一固定方向碾壓時(shí)，可獲得碳納米管沿該固定方向取向排列的碳納米管碾壓膜；當(dāng) 采用滾軸狀壓頭沿不同方向碾壓時(shí)，可獲得碳納米管沿不同方向取向排列的碳納米管碾壓 膜?？梢岳斫?，當(dāng)采用上述不同方式擠壓上述的碳納米管陣列時(shí)，碳納米管會(huì)在壓力 的作用下傾倒，并與相鄰的碳納米管通過(guò)范德華力相互吸引、連接形成由多個(gè)碳納米管組 成的具有自支撐結(jié)構(gòu)的碳納米管碾壓膜。可以理解，該碳納米管碾壓膜具有一定的厚度，且通過(guò)碳納米管陣列的高度以及壓力大小可以控制其厚度。所以該碳納米管碾壓膜可以直接作為一碳納米管結(jié)構(gòu)使用。另 外，可以將至少兩層碳納米管碾壓膜層疊設(shè)置或并排設(shè)置形成一碳納米管結(jié)構(gòu)。可選擇地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步采用有機(jī)溶劑浸潤(rùn)處理之后，再晾干。所述 有機(jī)溶劑可以為乙醇、甲醇、氯仿或丙醇等。優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑為揮發(fā)性的有機(jī)溶劑。碳 納米管結(jié)構(gòu)可以直接放入盛有有機(jī)溶劑的容器中浸泡。碳納米管結(jié)構(gòu)也可以鋪設(shè)于一基底 上之后，將有機(jī)溶劑滴到碳納米管結(jié)構(gòu)的表面浸潤(rùn)碳納米管結(jié)構(gòu)。可以理解，碳納米管結(jié)構(gòu) 可以在形成于基體的表面上之后，將有機(jī)溶劑滴在碳納米管結(jié)構(gòu)的表面，至碳納米管結(jié)構(gòu) 完全被有機(jī)溶劑浸潤(rùn)后，晾干。本實(shí)施例中，在碳納米管結(jié)構(gòu)形成于基體上之后，采用乙醇 浸潤(rùn)碳納米管結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括一層碳納米管拉膜，該碳納米管結(jié)構(gòu)的厚度 為納米。圖2為本實(shí)施例中，碳納米管結(jié)構(gòu)形成于基體12的表面122上之后的掃描電鏡照 片。從圖2可以看出，碳納米管結(jié)構(gòu)14位于表面122的上方。步驟三、將所述碳納米管結(jié)構(gòu)與基體放置于一電磁波環(huán)境中，使基體表面熔化后 滲透至所述碳納米管結(jié)構(gòu)的多個(gè)微間隙中。所述電磁波的功率為300瓦至2000瓦，頻率為IGHz至10GHz。所述電磁波可以 為無(wú)線電波、微波、紅外線或遠(yuǎn)紅外線。本實(shí)施例中，所述電磁波為微波，所述微波的功率為 300瓦至1500瓦，頻率為IGHz至5GHz，碳納米管結(jié)構(gòu)和基體在微波環(huán)境中放置的時(shí)間為1 秒至300秒，優(yōu)選地，為3秒至90秒。所述基體材料相同時(shí)，微波的功率越大，碳納米管結(jié)構(gòu) 和基體在微波環(huán)境中的放置時(shí)間越短?；w材料為高分子材料，高分子材料一般與碳納米 管的浸潤(rùn)性都較好，在基體的表面溶化后可以容易地滲透于碳納米管結(jié)構(gòu)的空隙中。由于 基體為高分子材料，其對(duì)微波能量的吸收遠(yuǎn)小于碳納米管結(jié)構(gòu)，且基體熱容遠(yuǎn)大于碳納米 管層狀結(jié)構(gòu)，因此，基體本身靠其自身吸收的微波能量所產(chǎn)生的溫度升高可以忽略，即，不 會(huì)使整個(gè)基體熔化。由于碳納米管結(jié)構(gòu)的熱容較小，且與微波之間的相互作用較強(qiáng)，吸收微 波能量之后的碳納米管結(jié)構(gòu)快速升高溫度，從而使與碳納米管結(jié)構(gòu)接觸的基體的表面溫度 升高。當(dāng)基體的表面達(dá)到一定溫度之后，開(kāi)始熔化。當(dāng)表面熔化時(shí)，碳納米管結(jié)構(gòu)中的碳納 米管外壁與基體之間的接觸更加充分，從而使碳納米管結(jié)構(gòu)與基體表面的界面熱阻顯著降 低，有利于更大的熱流進(jìn)入基體。在碳納米管結(jié)構(gòu)與微波相互作用并快速升溫的同時(shí)，高比 表面積的碳納米管可有效地將熱量傳遞給具有更大熱容德基體。故，微波加熱過(guò)程中，碳納 米管結(jié)構(gòu)的上升溫度能被有效地控制在700°C以下，避免碳納米管結(jié)構(gòu)在空氣中氧化燃燒。 在基體熔化的過(guò)程中，基體會(huì)膨脹和吸熱，在基體吸熱和膨脹的過(guò)程中，溶化的基體將滲透 到碳納米管結(jié)構(gòu)的微間隙中?？梢岳斫獾?，通過(guò)控制微波強(qiáng)度以及加熱溫度和時(shí)間來(lái)達(dá)成 碳納米管結(jié)構(gòu)在基體中的適當(dāng)范圍內(nèi)的沉入深度，比如碳納米管結(jié)構(gòu)沉入基體表面至完全 被埋沒(méi)或者碳納米管結(jié)構(gòu)沉入基體表面至剛好與基體表面平齊為止，即，碳納米管結(jié)構(gòu)表 面的碳納米管剛好從基體的表面露出為止。在此過(guò)程中，由于碳納米管結(jié)構(gòu)中存在微間隙， 溶化的基體材料將會(huì)填充于該微間隙中，并包覆在碳納米管的表面，當(dāng)微間隙被填滿后，碳 納米管結(jié)構(gòu)在基體材料中的下沉動(dòng)力減緩，進(jìn)而可將包覆碳納米管結(jié)構(gòu)上表面的基體材料 的厚度控制在10微米以?xún)?nèi)。當(dāng)基體滲透至碳納米管結(jié)構(gòu)的微間隙之后，基體可以將碳納米 管結(jié)構(gòu)中的碳納米管完全包覆。即，碳納米管結(jié)構(gòu)被埋在表面下。本實(shí)施例中，基體的材料為聚乙烯，聚乙烯的熔點(diǎn)為137°C左右，因此當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)的溫度達(dá)到137°C或略高于聚乙烯的熔點(diǎn)時(shí)，基體的表面122開(kāi)始熔化，在微波環(huán)境中 放置10秒后，基體將碳納米管結(jié)構(gòu)完全包覆?？梢岳斫猓鲜霾襟E也可在真空環(huán)境下或有保護(hù)氣體存在的環(huán)境下進(jìn)行。所述真 空環(huán)境的真空度可以為10_2 10_6帕。所述保護(hù)氣體包括氮?dú)夂投栊詺怏w。在真空環(huán)境或 保護(hù)氣體存在的情況下，可以保護(hù)碳納米管結(jié)構(gòu)在高溫時(shí)不被破壞，碳納米管結(jié)構(gòu)的溫度 可以達(dá)到2000°C左右。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種碳納米管復(fù)合材料，包括一基體及一碳納米管結(jié)構(gòu)。該基 體具有一表面，該碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于基體內(nèi)并靠近所述表面設(shè)置。所述基體表面到碳納 米管結(jié)構(gòu)的距離大于0小于等于10微米。所述基體材料為高分子材料，所述碳納米管復(fù)合 材料表面的方塊電阻小于等于8千歐姆。請(qǐng)參見(jiàn)圖3，是通過(guò)上述制備方法所制備的一種碳納米管復(fù)合材料10。該碳納米 管復(fù)合材料10包括一基體12及一碳納米管結(jié)構(gòu)14。該基體12具有一表面122，該碳納米 管結(jié)構(gòu)14設(shè)置于基體12內(nèi)并靠近表面122設(shè)置。所述基體12的材料可以為高分子材料。所述高分子材料包括環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰 亞胺樹(shù)脂、氰酸酯樹(shù)脂、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚苯烯醇、聚碳酸酯或聚甲基 丙烯酸甲酯等。優(yōu)選地，所述基體12的熔點(diǎn)小于600°C。所述碳納米管結(jié)構(gòu)14包括多個(gè)均勻分布的碳納米管，碳納米管之間通過(guò)范德華 力緊密結(jié)合。碳納米管結(jié)構(gòu)14還可以為由碳納米管組成的純結(jié)構(gòu)。碳納米管結(jié)構(gòu)14中碳 納米管之間存在間隙，從而使碳納米管結(jié)構(gòu)14包括多個(gè)微間隙。該碳納米管結(jié)構(gòu)14中的碳 納米管為無(wú)序或有序排列。這里的無(wú)序排列指碳納米管的排列方向無(wú)規(guī)律，這里的有序排 列指至少多數(shù)碳納米管的排列方向具有一定規(guī)律。具體地，當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)14包括無(wú)序排 列的碳納米管時(shí)，碳納米管相互纏繞或者各向同性排列；當(dāng)碳納米管結(jié)構(gòu)14包括有序排列 的碳納米管時(shí)，碳納米管沿一個(gè)方向或者多個(gè)方向擇優(yōu)取向排列。所述碳納米管結(jié)構(gòu)14的 厚度優(yōu)選為0. 5納米 10微米。所述碳納米管結(jié)構(gòu)14的單位面積熱容小于2X 10_4焦耳 每平方厘米開(kāi)爾文。優(yōu)選地，所述碳納米管結(jié)構(gòu)14的單位面積熱容可以小于等于1. 7X ΙΟ"6 焦耳每平方厘米開(kāi)爾文。所述碳納米管結(jié)構(gòu)14可包括一個(gè)碳納米管膜，或多個(gè)平行且無(wú)間 隙鋪設(shè)或/和層疊鋪設(shè)的碳納米管膜。所述碳納米管結(jié)構(gòu)14可包括多個(gè)平行設(shè)置、交叉設(shè) 置或按一定方式編織的碳納米管線狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管結(jié)構(gòu)14中的碳納米管包括單壁 碳納米管、雙壁碳納米管及多壁碳納米管中的一種或多種。所述單壁碳納米管的直徑為0.5 納米 50納米，所述雙壁碳納米管的直徑為1. 0納米 50納米，所述多壁碳納米管的直徑 為1. 5納米 50納米。在碳納米管復(fù)合材料10中，基體12填充于到碳納米管結(jié)構(gòu)14中微間隙當(dāng)中，基 體12與碳納米管結(jié)構(gòu)14中的碳納米管緊密結(jié)合?；w12包裹整個(gè)碳納米管結(jié)構(gòu)14?；?體12的表面122到碳納米管結(jié)構(gòu)14的垂直距離小于100納米。每根碳納米管表面的基體 材料的厚度小于100納米。優(yōu)選地，每根碳納米管表面的基體材料的厚度為20納米至30 納米。請(qǐng)參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例中，所述碳納米管復(fù)合材料10的表面122為一光滑表面，碳納 米管結(jié)構(gòu)14埋在該表面122內(nèi)。請(qǐng)參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例中，碳納米管結(jié)構(gòu)14與基體12在微波環(huán)境中放置10秒之 后，取出冷卻后的所得到的碳納米管復(fù)合材料10的表面數(shù)碼照片和光學(xué)顯微鏡下的照片。8對(duì)比于圖2，碳納米管結(jié)構(gòu)14與基體12在微波環(huán)境中放置10秒之后，碳納米管結(jié)構(gòu)14被 基體12埋在表面122下方，碳納米管復(fù)合材料10的表面是相對(duì)光滑而且平整的。從圖5 碳納米管復(fù)合材料10的側(cè)視的掃描電鏡照片可以看出，碳納米管結(jié)構(gòu)14中的碳納米管都 被基體材料覆蓋。比較圖5中碳納米管復(fù)合材料10中的單根碳納米管被基體材料包覆后 的直徑與原碳納米管結(jié)構(gòu)14中碳納米管的直徑發(fā)現(xiàn)，碳納米管的直徑原來(lái)為10-30nm，被 基體材料包覆后形成的結(jié)構(gòu)的直徑增大到70-90nm。從而可以知道，所述基體表面到碳納米 管結(jié)構(gòu)的距離可認(rèn)為原碳納米管半徑與被包覆后的半徑之差，即30nm左右。請(qǐng)參見(jiàn)圖6，本實(shí)施例中，將碳納米管結(jié)構(gòu)14鋪設(shè)于基體12的表面122之后，未進(jìn) 行微波處理和進(jìn)行微波處理之后的微觀結(jié)構(gòu)的不同造成對(duì)水滴浸潤(rùn)角的不同。圖6A中，單 層碳納米管拉膜設(shè)置于基體12表面，且未進(jìn)行微波處理。采用一滴5 μ L水滴滴在碳納米 管拉膜的表面，水滴順著碳納米管拉膜中碳納米管延伸的方向延展，形成截面積為5. 69mm2 的橢圓形態(tài)。請(qǐng)參見(jiàn)圖6B，進(jìn)行微波處理形成碳納米管復(fù)合材料之后，等量的水滴滴在本發(fā) 明碳納米管復(fù)合材料的表面后能保持圓形態(tài)，截面積為5. 14mm2，在襯底上的接觸角各向同 性。這種現(xiàn)象表明了碳納米管拉膜已被一層納米級(jí)厚度的光滑基體材料所覆蓋，碳納米管 拉膜中的間隙被基體材料所填充，碳納米管拉膜中的碳納米管被基體材料所包覆，由此確 保了碳納米管復(fù)合材料表面的導(dǎo)電性不受潮濕環(huán)境的影響，起到了保護(hù)碳納米管導(dǎo)電層的 作用。碳納米管復(fù)合材料10的表面具有導(dǎo)電性能，本實(shí)施例中，將單層的碳納米管拉膜 形成該碳納米管復(fù)合材料之后，碳納米管復(fù)合材料表面的導(dǎo)電性能具有各向同性，對(duì)碳納 米管復(fù)合材料10表面的各個(gè)方向進(jìn)行方塊電阻的測(cè)試，其方塊電阻為5千歐姆左右。而且， 碳納米管復(fù)合材料10的基體12表面122具有較好的耐刮擦性能。將本實(shí)施例中所得到的 碳納米管復(fù)合材料10制備成體積為8X8mm2正方形，將一組銅電極用導(dǎo)電膠粘附在其邊緣 兩端，以測(cè)量碳納米管復(fù)合材料10表面電阻。一枚頂端面積約為0. 25mm2針尖被施以恒定 速度垂直于表面122摩擦碳納米管復(fù)合材料10的表面122，該針尖被由酒精浸潤(rùn)的棉絮包 裹，并對(duì)針尖施加0. 7牛的力按壓表面122。沿同一直線刮擦50次之后，碳納米管復(fù)合材料 10表面122的方塊電阻的變化幅度很小，不到10%。此類(lèi)充分發(fā)揮CNT導(dǎo)電性的耐磨表面 能滿足各種抗靜電器件的需求。如果將碳納米管結(jié)構(gòu)14直接鋪設(shè)于基體表面，在未經(jīng)過(guò)微 波處理的情況下，在一次針尖刮擦后，摩擦處的碳納米管結(jié)構(gòu)14便被全部剝離，碳納米管 復(fù)合材料的表面失去整體導(dǎo)電性。本發(fā)明所提供的碳納米管復(fù)合材料及其制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)其一，本發(fā)明通 過(guò)碳納米管結(jié)構(gòu)與電磁波加熱基體與該碳納米管結(jié)構(gòu)接觸的表面，從而形成表面導(dǎo)電的碳 納米管復(fù)合材料，無(wú)需將基體整體加熱，不會(huì)對(duì)基體本身造成傷害，且有利于節(jié)約能源。其 二，本發(fā)明所提供的方法，簡(jiǎn)單可控，適用于工業(yè)化應(yīng)用。其三，本發(fā)明所提供的碳納米管復(fù) 合材料的表面具有良好的導(dǎo)電性能，具有較好的使用性能。其四，碳納米管復(fù)合材料的表面 具有較強(qiáng)的耐刮擦性能，使碳納米管復(fù)合材料壽命較長(zhǎng)，應(yīng)用范圍廣泛。其五、本發(fā)明所提 供的碳納米管復(fù)合材料可以用作觸摸屏的透明導(dǎo)電基板，由于不需要粘結(jié)劑，該碳納米管 復(fù)合材料的界面少，可具有良好的透光性。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，這些依據(jù)本發(fā)明精神 所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟提供一基體，該基體具有一表面；提供一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述基體的表面，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包 括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管之間形成有多個(gè)微間隙；將所述碳納米管結(jié)構(gòu)與基體放 置于一電磁波環(huán)境中，使基體表面熔化后滲透至所述碳納米管結(jié)構(gòu)的多個(gè)微間隙中。
2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述基體的表面 為平面或曲面。
3.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述基體材料的 熔點(diǎn)低于600°C。
4.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述電磁波的功 率為300瓦至2000瓦。
5.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述電磁波為微 波，該微波的功率為300瓦至1500瓦，頻率為IGHz至5GHz。
6.如權(quán)利要求5所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，將所述碳納米管 結(jié)構(gòu)和基體放置于微波環(huán)境1秒至300秒。
7.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述碳納米管結(jié) 構(gòu)為由多個(gè)碳納米管組成。
8.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述碳納米管結(jié) 構(gòu)設(shè)置于基體表面的方法包括以下步驟制備一自支撐的碳納米管結(jié)構(gòu)；將所述自支撐的 碳納米管結(jié)構(gòu)鋪設(shè)于基體的表面。
9.如權(quán)利要求8所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在將所述碳納米 管結(jié)構(gòu)鋪設(shè)于基體的表面之前或者在將碳納米管結(jié)構(gòu)鋪設(shè)于基體的表面之后進(jìn)一步包括 一采用有機(jī)溶劑浸潤(rùn)碳納米管結(jié)構(gòu)后并晾干的步驟。
10.如權(quán)利要求8所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述碳納米管結(jié) 構(gòu)包括多個(gè)碳納米管膜層疊鋪設(shè)或平行無(wú)間隙鋪設(shè)于基體的表面。
11.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述放置碳納米 管結(jié)構(gòu)與基體于一電磁波環(huán)境中一段時(shí)間的步驟，在10_2 10_6帕的真空環(huán)境或保護(hù)氣體 存在的情況下進(jìn)行。
12.如權(quán)利要求1所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述碳納米管結(jié) 構(gòu)的微間隙的最大孔徑小于等于10微米，所述碳納米管結(jié)構(gòu)在電磁波環(huán)境中升溫并加熱 基體的表面，使基體表面熔化并滲透至碳納米管結(jié)構(gòu)的微多個(gè)微間隙中。
13.如權(quán)利要求12所述的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述基體表面 熔化后，基體材料包覆碳納米管結(jié)構(gòu)中的每根碳納米管。
全文摘要
一種碳納米管復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟提供一基體，該基體具有一表面；提供一碳納米管結(jié)構(gòu)，該碳納米管結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述基體的表面，所述碳納米管結(jié)構(gòu)包括多個(gè)碳納米管，該多個(gè)碳納米管之間形成有多個(gè)微間隙；將所述碳納米管結(jié)構(gòu)與基體放置于一電磁波環(huán)境中，使基體表面熔化后滲透至所述碳納米管結(jié)構(gòu)的多個(gè)微間隙中。
文檔編號(hào)B32B27/00GK102049890SQ201010524918
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者姜開(kāi)利, 王佳平, 范守善, 謝睿 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司