本發(fā)明涉及多層石墨烯量子碳基半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，特別是一種多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管具有重量輕、六邊形結(jié)構(gòu)連接完美的特點(diǎn)，其體積更小，傳導(dǎo)性更強(qiáng)，能支持快速開關(guān)，其性能和能耗都好于傳統(tǒng)的硅材料。碳納米管結(jié)構(gòu)由單個原子層卷起形成，相當(dāng)于人類頭發(fā)寬度的千分之一。
多層石墨烯量子碳基半導(dǎo)體材料，是通過高分子燒結(jié)法進(jìn)行雜化、注入過渡金屬、納米粒子形成并實現(xiàn)多層石墨烯量子碳基半導(dǎo)體材料帶隙的開啟與調(diào)控，挖掘出優(yōu)異的物理性能，制備的高性能場效應(yīng)晶體管(TFT)量子碳基多層石墨烯，具有2層至50層量子半導(dǎo)體可控高質(zhì)量石墨烯結(jié)構(gòu)，六角形排列的網(wǎng)狀面結(jié)構(gòu)的碳原子呈層狀聚集結(jié)構(gòu)。石墨烯薄膜的一種制備方法參見中國專利文獻(xiàn)申請?zhí)?01610125008.X，一種用于制作石墨烯薄膜的聚酰亞胺薄膜參見中國專利文獻(xiàn)申請?zhí)?01310144099.8。多層石墨烯量子碳基半導(dǎo)體材料具備優(yōu)良的電氣特性和耐熱特質(zhì)，電子遷移率均大于100000cm2VS，耐熱傳導(dǎo)率為3000Wmk，與碳納米管基本上一樣的平面的石墨呈圓筒狀構(gòu)造，其長從數(shù)微米到數(shù)毫米，其直徑從數(shù)納米到數(shù)十納米，具有卓越的機(jī)械、電氣化學(xué)特性。多層石墨烯量子碳基半導(dǎo)體材料及碳納米管都能形成膜柔性結(jié)構(gòu)材料。
利用以往的技術(shù)，碳素材料本身會呈現(xiàn)多孔質(zhì)組織材質(zhì)，致密性及機(jī)械強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，多層石墨烯層數(shù)進(jìn)行不了精確控制，膜質(zhì)結(jié)構(gòu)體復(fù)數(shù)膜尺寸及形狀也不同，膜質(zhì)結(jié)構(gòu)體制造工序有相互積層脫離現(xiàn)象，使結(jié)構(gòu)體透光率減少，表面電子增加，而碳納米管以往技術(shù)是由天然石墨多維平面呈圓筒狀的構(gòu)造，因雜質(zhì)多，多面電阻大，復(fù)數(shù)碳納米管之間存在間隙。一種多層石墨烯量子碳基與碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)體材料的制備方法，是通過摻雜PI膜為原料進(jìn)行高分子燒結(jié)碳化，脫除H、O、N原子，形成碳素前驅(qū)體，膜料經(jīng)黑鉛化處理，提高材質(zhì)組織的縝密性和強(qiáng)度特性，以使高純單晶的石墨烯表層縝密，形成不透過性量子碳基碳素，增加透光率，多層石墨烯量子碳基和碳納米管結(jié)構(gòu)和性能具有互補(bǔ)性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料及其制備方法，提高復(fù)合材料的光透過性、韌性及導(dǎo)電性。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料，包括碳納米管結(jié)構(gòu)體以及作為所述碳納米管結(jié)構(gòu)體的載體的多層石墨烯量子碳基膜，所述碳納米管結(jié)構(gòu)體包括至少一張?zhí)技{米管膜，所述碳納米管膜由復(fù)數(shù)的碳納米管排列形成，至少部分的碳納米管之間通過分子間作用力進(jìn)行端與端連接，形成復(fù)數(shù)的微孔。
進(jìn)一步地：
所述多層石墨烯量子碳基膜為至少三層石墨烯量子碳基膜。
所述碳納米管結(jié)構(gòu)體包括在第一延伸方向相互平行的復(fù)數(shù)的第一碳納米管和在第二延伸方向相互平行的復(fù)數(shù)的第二碳納米管。
所述第一延伸方向和所述第二延伸方向相互垂直。
復(fù)數(shù)的第一碳納米管和復(fù)數(shù)的第二碳納米管分別排列成多條線形，并且相互交叉編織形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
所述碳納米管的排列延伸方向與所述碳納米管膜的表面平行，延伸方向上鄰接的碳納米管之間通過分子間力量進(jìn)行端與端連接，所述碳納米管膜上有多個帶狀的空隙，在所述碳納米管結(jié)構(gòu)體上形成復(fù)數(shù)的微孔。
復(fù)數(shù)的碳納米管的面積和復(fù)數(shù)的微孔的面積比不小于1:100，不大于1:1000。
所述復(fù)合材料的厚度＞5μm。
一種制備所述的多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料的制備方法，包括：通過液相法將石墨粉末和碳納米管粉體分散在溶液中，進(jìn)行超聲波處理，形成管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的預(yù)聚物，將復(fù)數(shù)的高分子微粒分散于預(yù)聚物溶液中，再次進(jìn)行超聲波處理，產(chǎn)生復(fù)數(shù)的聚合物微粒子，將管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的表面覆蓋，再形成第二階段預(yù)聚物和第二階段分散液，將上述混合物放在模具中進(jìn)行加熱加壓，獲得碳納米管復(fù)合材料。
進(jìn)一步地，所述高分子微粒為含碳?xì)溲踉氐哪z劑分散得到的微粒。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明提供的多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料，包括碳納米管結(jié)構(gòu)體以及作為該碳納米管結(jié)構(gòu)體的載體的多層石墨烯量子碳基膜，該碳納米管結(jié)構(gòu)體包括至少一張?zhí)技{米管膜，該碳納米管膜由復(fù)數(shù)的碳納米管排列形成，至少部分的碳納米管之間通過分子間作用力進(jìn)行端與端連接，形成復(fù)數(shù)的微孔。較佳地，復(fù)數(shù)碳納米管面積和多微孔的面積最小1:100，最大1:1000。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、堅韌性及透光性。
另外，碳素材料也存在著污染問題，而本發(fā)明的多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料使用時不會從組織中脫落污染物，碳素顆粒均勻且致密，在碳素材料表面形成非污染性，防止造成污染，能夠作為確保厚度＞5μm和優(yōu)良性能的玻璃狀碳素保護(hù)膜。
附圖說明
圖1為本發(fā)明多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下對本發(fā)明的實施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
參閱圖1，在一種實施例中，一種多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料5，包括碳納米管結(jié)構(gòu)體50以及作為所述碳納米管結(jié)構(gòu)體50的載體的多層石墨烯量子碳基膜，所述碳納米管結(jié)構(gòu)體50包括至少一張?zhí)技{米管膜51，所述碳納米管膜51由復(fù)數(shù)的碳納米管53排列形成，至少部分的碳納米管53之間通過分子間力量進(jìn)行端與端連接，形成復(fù)數(shù)的微孔。
在優(yōu)選的實施例中，所述多層石墨烯量子碳基膜為至少三層石墨烯量子碳基膜。
在優(yōu)選的實施例中，所述碳納米管結(jié)構(gòu)體50包括在第一延伸方向相互平行的復(fù)數(shù)的第一碳納米管和在第二延伸方向相互平行的復(fù)數(shù)的第二碳納米管。
在一種具體實施例中，所述第一延伸方向和所述第二延伸方向相互垂直。
在優(yōu)選的實施例中，復(fù)數(shù)的第一碳納米管和復(fù)數(shù)的第二碳納米管分別排列成多條線形，并且相互交叉編織形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
在優(yōu)選的實施例中，所述碳納米管53的排列延伸方向與所述碳納米管膜51的表面平行，延伸方向上鄰接的碳納米管53之間通過分子間力量進(jìn)行端與端連接，所述碳納米管膜51上有多個帶狀的空隙，在所述碳納米管結(jié)構(gòu)體50上形成復(fù)數(shù)的微孔。
在優(yōu)選的實施例中，復(fù)數(shù)的碳納米管的面積和復(fù)數(shù)的微孔的面積比不小于1:100，不大于1:1000。
在優(yōu)選的實施例中，所述復(fù)合材料的厚度＞5μm。
在另一種實施例中，一種制備所述的多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料的制備方法，包括：通過液相法將石墨粉末和碳納米管粉體分散在溶液中，進(jìn)行超聲波處理，形成管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的預(yù)聚物，將復(fù)數(shù)的高分子微粒分散于預(yù)聚物溶液中，再次進(jìn)行超聲波處理，產(chǎn)生復(fù)數(shù)的聚合物微粒子，將管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體的表面覆蓋，形成第二階段預(yù)聚物和第二階段分散液，將上述混合物放在模具中進(jìn)行加熱加壓，獲得碳納米管復(fù)合材料。
在一種具體實施例中，所述高分子微粒為含碳?xì)溲踉氐哪z劑分散得到的微粒。
分散的石墨粉末會影響復(fù)合材料的堅韌性及其導(dǎo)電性，復(fù)合材料中隨機(jī)分散的復(fù)數(shù)的碳納米管會導(dǎo)致復(fù)合材料透光率低，應(yīng)用也會受到限制。本發(fā)明的多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料解決了上述問題，能夠提高復(fù)合結(jié)構(gòu)體的光透過性、韌性及導(dǎo)電性等。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料，復(fù)數(shù)的微孔由分子間產(chǎn)生端與端連接的復(fù)數(shù)碳納米管形成，優(yōu)選方案中，復(fù)數(shù)碳納米管面積和復(fù)數(shù)微孔面積比為最小1:100，最大1:1000。
在一個較佳實施例中，多層石墨烯量子碳基與碳納米管結(jié)構(gòu)體復(fù)合材料5包括碳納米管結(jié)構(gòu)體50及作為該碳納米管結(jié)構(gòu)體50的載體的多層石墨烯量子碳基膜55，碳納米管結(jié)構(gòu)體50至少由一張?zhí)技{米管膜51構(gòu)成，碳電子管膜51由復(fù)數(shù)的碳納米管53構(gòu)成。碳納米管結(jié)構(gòu)體50由在第一延伸方向相互平行的復(fù)數(shù)的第一碳納米管和在第二延伸方向相互平行的復(fù)數(shù)的第二碳納米管構(gòu)成，復(fù)數(shù)的第一碳納米管和復(fù)數(shù)的第二碳納米管分別排列成線狀，兩者相互交叉編織形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。碳納米管53的排列方向與碳納米管膜51表面平行，且在延伸方向上碳納米管兩兩鄰接，鄰接的碳納米管之間通過分子間力量進(jìn)行端與端連接，碳納米管膜51有多個帶狀的空隙，在碳納米管結(jié)構(gòu)體50上形成多個微孔。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對這些已描述的實施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。