一种碳纳米管及其制备方法与流程

本发明涉及纳米材料技术领域，具体是一种碳纳米管及其制备方法。

背景技术：

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能；近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来；碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。

随着纳米材料研究的深入，石墨烯及碳纳米管复合材料的广阔的应用前景也不断地展现出来，然而，现有技术中的碳纳米管与石墨烯复合薄膜是先将石墨烯碎片以及碳纳米管粉末分散于溶液中后，再将上述混合液成膜制得的，上述方法获得的石墨烯与碳纳米管的复合结构中，石墨烯也不是以整体层状出现，由于石墨烯是以大量碎片的形式分散于上述复合结构中，从而使得上述石墨烯与碳纳米管的复合结构导电性和韧性也不够强，因此限制了石墨烯与碳纳米管复合材料的应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种碳纳米管及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碳纳米管及其制备方法，所述碳纳米管是由第一碳纳米膜、韧性材料层、第二碳纳米管膜、石墨烯层层叠组成；

一种碳纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1、将碳纳米管膜放入膨松剂、相容剂和树脂基体的混合溶液中；当混合溶液中的膨松剂渗入碳纳米管膜内部后，会分解产生微气泡，产生微爆破作用，使得碳纳米管膜的结构逐渐疏松，同时起到除杂作用；并使树脂基体分子进入碳纳米管膜内部，形成初步的碳纳米管材料；

s2、制备分散液将石墨溶于溶液中，并加入分散剂，形成浓度为0.02-0.06％的分散液；超声波作用将分散液中超声40-95min；层流等离子分层将分散液至于层流等离子束处理30-65min；成型将分散液再次进行超声分层，得到成型的石墨烯层；

s3、将初步形成的碳纳米管材料、韧性材料层、石墨烯层依次经烧结成型和热挤压成型工序，得到碳纳米管。

进一步的，所述韧性材料层由氯丁橡胶、丁腈橡胶、炭黑、铝、加工助剂、减氧化铝剂、氧化铝、柠檬酸三丁酯、硫磺的配方组成。

进一步的，所述步骤s1中，碳纳米管膜的形式为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的组合；碳纳米管膜为导体、半导体或者导体与半导体的组合体。

进一步的，所述步骤s1中，相容剂为与碳纳米管膜互溶的溶液；所述与碳纳米管膜互溶的溶液为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液。

进一步的，所述步骤s1中，膨松剂为质量百分比浓度10％～75％的过氧化氢溶液，或质量百分比浓度8％的稀硫酸溶液与金属锌粉末的混合液；或质量百分比浓度12％的稀硝酸溶液和亚硫酸钠的混合液。

进一步的，所述步骤s1中，树脂基体为聚乙烯醇溶液，或树脂溶液，或溶于酒精或者丙酮的聚合物树脂；或溶于酒精或者丙酮的纳米颗粒悬浮液与树脂基体的混合液。

进一步的，所述步骤s2中溶液为氮甲基吡咯烷酮。

进一步的，所述步骤s3中，烧结成型工序采用冷压成型或真空热压烧结成型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可在结构上保证碳纳米管的结构强度，韧性材料层有效改善该复合材料的力学特性，第二碳纳米管膜上复合有石墨烯层，保证该复合材料在使用时的安全性和实用性，有利于在微电子领域、超导科技领域、计算机设备领域的应用，本发明提出的混合溶液中的膨松剂具有一定的氧化作用，使碳管表面氧化提高与聚合物树脂的结合力，有利于提高碳纳米管复合材料的综合性能。

附图说明

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明结构示意图。

图中所示：第一碳纳米管膜1、韧性材料层2、第二碳纳米管膜3、石墨烯层4。

具体实施方式

一种碳纳米管及其制备方法，所述碳纳米管是由第一碳纳米膜、韧性材料层、第二碳纳米管膜、石墨烯层层叠组成；

一种碳纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1、将碳纳米管膜放入膨松剂、相容剂和树脂基体的混合溶液中；当混合溶液中的膨松剂渗入碳纳米管膜内部后，会分解产生微气泡，产生微爆破作用，使得碳纳米管膜的结构逐渐疏松，同时起到除杂作用；并使树脂基体分子进入碳纳米管膜内部，形成初步的碳纳米管材料；

s2、制备分散液将石墨溶于溶液中，并加入分散剂，形成浓度为0.02-0.06％的分散液；超声波作用将分散液中超声40-95min；层流等离子分层将分散液至于层流等离子束处理30-65min；成型将分散液再次进行超声分层，得到成型的石墨烯层；

s3、将初步形成的碳纳米管材料、韧性材料层、石墨烯层依次经烧结成型和热挤压成型工序，得到碳纳米管。

进一步的，所述韧性材料层由氯丁橡胶、丁腈橡胶、炭黑、铝、加工助剂、减氧化铝剂、氧化铝、柠檬酸三丁酯、硫磺的配方组成。

进一步的，所述步骤s1中，碳纳米管膜的形式为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或者单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的组合；碳纳米管膜为导体、半导体或者导体与半导体的组合体。

进一步的，所述步骤s1中，相容剂为与碳纳米管膜互溶的溶液；所述与碳纳米管膜互溶的溶液为乙醇溶液、丙酮溶液或二氯甲烷溶液。

进一步的，所述步骤s1中，膨松剂为质量百分比浓度10％～75％的过氧化氢溶液，或质量百分比浓度8％的稀硫酸溶液与金属锌粉末的混合液；或质量百分比浓度12％的稀硝酸溶液和亚硫酸钠的混合液；混合溶液中的相容剂能与碳纳米管互溶，使膨松剂和碳纳米管膜树脂基体进入碳纳米管膜内部，为蓬松作用和树脂的浸润提供前提；膨松剂具有一定的氧化作用，使碳管表面氧化提高与聚合物树脂的结合力，有利于提高碳纳米管复合材料的综合性能。

进一步的，所述步骤s1中，树脂基体为聚乙烯醇溶液，或树脂溶液，或溶于酒精或者丙酮的聚合物树脂；或溶于酒精或者丙酮的纳米颗粒悬浮液与树脂基体的混合液。

进一步的，所述步骤s2中溶液为氮甲基吡咯烷酮。

进一步的，所述步骤s3中，烧结成型工序采用冷压成型或真空热压烧结成型。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。