一种碳纳米管薄膜复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种碳纳米管薄膜复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]碳纳米管薄膜是由大量碳纳米管相互缠绕连接形成的厚度介于单原子分子至微米毫米尺度的宏观薄膜材料，它是碳纳米管研宄领域的重要组成部分。碳纳米管薄膜具有高强度、高导电性、轻薄、优良柔韧性及化学稳定性等特点，在电子电力、能源存储、智能传感、复合材料、航空航天等领域的应用研宄已取得一定进展。另一方面，鉴于当前对于材料性能要求的不断提高，需要在一种新材料中赋予和兼备两种或两种以上原有单一传统材料所不具备的优势性能，复合材料便应运而生。对于碳纳米管薄膜复合材料而言，其包括高分子基体和碳纳米管，该碳纳米管以碳纳米管薄膜结构的形式设置于高分子基体中。现有技术中制备这种碳纳米管薄膜复合材料的方法通常包括以下步骤:制备一高分子基体；制备一碳纳米管薄膜；将至少一碳纳米管薄膜设置于高分子基体的至少一个表面形成一碳纳米管薄膜结构，从而形成一碳纳米管复合材料预制体；加压加热该碳纳米管复合材料预制体，使碳纳米管薄膜结构与高分子基体复合，从而得到一碳纳米管复合材料。
[0003]通过上述方法制备得到的碳纳米管薄膜复合材料通常存在以下缺点:碳纳米管薄膜在与高分子基体复合的过程中，因碳纳米管薄膜致密化程度高，高分子基体链段比较长，高分子基体不能很好地浸润到碳纳米管薄膜的内部结构中，从而导致复合材料的缺陷(空洞及气泡，层间分离等)增多。这些缺陷的存在，严重降低了复合材料的可靠性、电学性能、耐水性、耐气候性、耐化学性以及力学性能等。
[0004]另外，利用碳纳米管粉体直接使用于碳纳米管/高分子基复合材料制备时，粉体碳纳米管易团聚，为了解决这一问题，通常将碳纳米管表面进行改性之后再将碳纳米管与其他材料复合。现有技术中对碳纳米管表面进行改性的方法通常采用将碳纳米管分散于硫酸及硝酸等强氧化性酸或表面活性剂中，这种方法可在一定程度上解决碳纳米管团聚的问题，但是，由于通过强酸处理会使得碳纳米管的结构受到一定程度的破坏，且使用表面活性剂处理会使得表面活性剂在最终的碳纳米管复合材料中不易除去，碳纳米管之间也没有形成一个整体的碳纳米管结构，使碳纳米管复合材料的机械强度和韧性较差，无法充分发挥碳纳米管的良好导电、导热等性能。
[0005]有鉴于此，提供一种碳纳米管薄膜复合材料的制备方法以解决不同基体在碳纳米管薄膜结构中浸润和渗透问题是十分必要的。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种能解决上述技术问题的碳纳米管薄膜复合材料的制备方法。
[0007]其中，碳纳米管薄膜复合材料的制备方法，包括以下步骤: 制备一基体；
制备一碳纳米管薄膜；
刻蚀处理所述碳纳米管薄膜，得到部分区域减薄或者穿透的碳纳米管薄膜；
将至少一经过刻蚀处理的碳纳米管薄膜置于所述基体的至少一个表面形成一碳纳米管薄膜结构，从而形成一碳纳米管薄膜复合材料预制体；以及
加热所述碳纳米管薄膜复合材料预制体，使所述碳纳米管薄膜结构与所述基体复合，从而得到一碳纳米管薄膜复合材料。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述基体为高分子基体。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述碳纳米管薄膜采用浮动催化法或可纺丝阵列拉膜法制备或采用巴基纸碳纳米管薄膜。
[0010]作为本发明的进一步改进，“刻蚀处理所述碳纳米管薄膜”步骤具体为:先用有机溶剂处理所述碳纳米管薄膜，形成致密化的碳纳米管薄膜，再对致密化的碳纳米管薄膜进行刻蚀处理。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述“用有机溶剂处理所述碳纳米管薄膜，形成致密化的碳纳米管薄膜”步骤具体为:
将有机溶剂直接喷涂在所述碳纳米管薄膜表面，直至整个碳纳米管薄膜被有机溶剂浸润，待有机溶剂挥发后，形成致密化的碳纳米管薄膜，所述致密化的碳纳米管薄膜的厚度大于 50nmo
[0012]作为本发明的进一步改进，所述有机溶剂为乙醇或甲醇或丙酮或二氯乙烷。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述“刻蚀处理所述碳纳米管薄膜”为激光刻蚀或者光热刻蚀处理所述碳纳米管薄膜。
[0014]作为本发明的进一步改进，“激光刻蚀处理所述碳纳米管薄膜”步骤具体为:
将碳纳米管薄膜完全摊置在载物台的上表面，调节激光发射点与所述载物台的相对位置以使得激光的焦点形成于所述碳纳米管薄膜的上表面；调节激光的电流强度在IA以上，开始激光刻蚀处理。
[0015]作为本发明的进一步改进，“将至少一经过刻蚀处理的碳纳米管薄膜置于所述基体的至少一个表面形成一碳纳米管薄膜结构，从而形成一碳纳米管薄膜复合材料预制体”步骤具体为:采用喷涂或浸泡的方法将所述基体置于所述经过刻蚀处理的碳纳米管薄膜上。
[0016]作为本发明的进一步改进，“加热所述碳纳米管薄膜复合材料预制体，使所述碳纳米管薄膜结构与所述基体复合，从而得到一碳纳米管薄膜复合材料”步骤具体为:
将碳纳米管薄膜复合材料预制体放置在模具中，对模具加压加热，压力小于lOOMpa，温度范围在50-250°C之间，保持至少30分钟，使得所述碳纳米管薄膜结构与所述基体复合。
[0017]与现有技术相比，本发明在碳纳米管薄膜与基体复合之前，对碳纳米管薄膜进行刻蚀处理，得到部分区域减薄或者穿透的碳纳米管薄膜，提高了碳纳米管复合材料界面性能，减少界面存在的缺陷，所得到的碳纳米管薄膜复合材料表现出优异的综合性能包括力学性能、导电性能和导热性能等，未来可能会在多领域(透明电极、支撑催化剂、传感器燃料电池扩散膜、薄膜晶体管、电磁屏蔽材料或导电材料等领域)进行应用。
【附图说明】
[0018]图1是本发明一实施方式中碳纳米管薄膜复合材料的制备方法的步骤流程图。
[0019]图2(a)- 2(d)是本发明一实施方式中碳纳米管薄膜进行激光刻蚀处理后SEM照片，其中，图2(b)- 2(d)为图2(a)的进一步放大图，图2(b)- 2(d)放大的倍数依次增大。
[0020]图3(a)- 3(b)是本发明一实施方式中不做任何处理的碳纳米管薄膜直接浸润高分子基体，而后热压固化成复合材料，再用划片切割机切割，所得的截面的SEM照片；图
3(c) -3 (d)为经过激光刻蚀的碳纳米管薄膜浸润高分子基体而后热压固化成复合材料，再用划片切割机切割，所得的截面的SEM照片。
【具体实施方式】
[0021]以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做