一种碳纳米管薄膜复合材料的制备方法_2

文档序号:9227701阅读:来源:国知局
出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0022]应该理解,本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。
[0023]参图1,本发明一实施方式中一种碳纳米管薄膜复合材料的制备方法包括以下几个步骤:
S1、制备一基体。该基体为高分子基体。
[0024]S2、制备一碳纳米管薄膜。该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者直接采用巴基纸碳纳米管薄膜或者其他方法制备得到的薄膜状碳纳米管。在本实施方式中,优选采用浮动催化法,制备出来的碳纳米管薄膜呈三维网络状结构。
[0025]S3、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。
[0026]首先用有机溶剂处理碳纳米管薄膜,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,该有机溶剂为挥发性有机溶剂,可选用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷等,优选地,在本实施方式中采用乙醇。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50nm。
[0027]其次,刻蚀处理经过致密化的碳纳米管薄膜。刻蚀处理包括激光刻蚀或者光热刻蚀处理,在本实施方式中采用的是激光刻蚀。具体地,提供一激光发射装置(图未示)和一载物台(图未示),优选地,在本实施方式中,载物台是可以沿X轴向和Y轴向移动的,特别地,载物台也可以沿Z轴向移动,以调节激光发射点与载物台的相对位置以使得激光的焦点形成于载物台的上表面。这里需要说明的是,该载物台的上表面为与激光发射装置相对的一面。
[0028]将碳纳米管薄膜完全摊置在载物台的上表面,必要的话可以利用框架或者其他工具将薄膜完全撑开,使得碳纳米管薄膜处于一个平面上,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,或者采取其他调控激光强度参数的方法,在载物台不动的情况下利用控制软件可以调控碳纳米管薄膜表面的激光焦点位置,或者激光焦点位置不变的情况下通过载物台的移动,从而调控激光的焦点在碳纳米管薄膜表面的不同位置,开始激光刻蚀。本实施方式中的碳纳米管薄膜减薄或穿透取决于碳纳米管薄膜表面的激光强度,通过控制激光的电流大小可以调节激光强度,当激光强度相对较小时,碳纳米管薄膜被减薄,当激光强度相对较大时,碳纳米管薄膜可直接被穿透;或者在激光强度一定的情况下调控激光的焦点聚焦在碳纳米管薄膜表面的深浅,从而达到减薄或者穿透的效果(参图2)。由于载物台是可以沿X轴向和Y轴向移动的以及激光的焦点也可以直接调控不用移动载物台达到,故,通过载物台的移动或者调控激光的焦点位置均可以在碳纳米管薄膜上形成多个减薄孔或者穿透孔,这些减薄孔或者穿透孔的孔径和间距均为可调的,优选地,减薄孔或者穿透孔圆心间距大于I ym,不同焦点的间距或者载物台相对移动的间距大于I μπι。当然,在本发明的其他实施方式中,也可以是载物台固定不动,类似地,将激光发射装置固定在一可沿X轴向、Y轴向和Z轴向移动装置上,同样也可以达到目的。
[0029]S4、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。采用喷涂或浸泡的方法将基体置于经过刻蚀处理的碳纳米管薄膜上。
[0030]在本实施方式中,优选基体为高分子基体,将经过S3步骤处理过的碳纳米管薄膜进行高分子基体浸润处理。首先,该高分子基体为热固性或热塑性,若高分子基体常温下流动性良好则不用加入溶剂,若高分子基体常温下流动性不好则需加入有机溶剂来溶解流动性不好的高分子基体以增加高分子基体的流动性,且有机溶剂为可挥发性溶剂,可选的溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷等,在本实施方式中,有机溶剂优选采用丙酮。
[0031]其次将高分子基体直接喷涂在经过激光刻蚀的碳纳米管薄膜表面,使得高分子基体浸润到整个碳纳米管薄膜结构中,高分子基体在溶液中的含量可根据需要通过喷涂浸润的时间控制,将喷涂好高分子基体的碳纳米管薄膜放置在聚四氟乙烯薄膜等上,去除有机溶剂;或者将喷涂好高分子溶液的碳纳米管薄膜完全浸润在高分子基体中,一段时间后使得高分子基体浸润到整个碳纳米管薄膜结构中,必要时也可利用超声等其他方法促进高分子基体的浸润,将碳纳米管薄膜取出,放置在聚四氟乙烯薄膜上,将有机溶剂去除,制得碳纳米管薄膜复合材料预制体。
[0032]S5、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。该预制体可直接利用,也可进行热压处理。
[0033]在本实施方式中,采用热压处理使碳纳米管薄膜结构与基体复合。具体地,首先,将S4步骤中得到的纳米管薄膜复合材料预制体放置在一模具中,该模具在放置碳纳米管薄膜复合材料预制体之前已经均匀涂抹了脱模剂,以便获得碳纳米管薄膜复合材料后可以顺利脱模,特别地,该模具侧壁设有流胶槽,以便多余的液态高分子基体流出。所用脱模剂根据液态高分子基体的类别不同而不同,该脱模剂包括高温脱模剂、有机硅型脱模剂、蜡类脱模剂或者硅氧烷型脱模剂,进一步地,本实施方式可将单层或者多层碳纳米管薄膜复合材料预制体叠加或平行放置于该模具中。其次,将该模具放入加热装置中,使高分子基体完全浸润到碳纳米管薄膜结构中的碳纳米管的间隙当中。对模具中的碳纳米管薄膜复合材料预制体加压,用低于10Mpa的压力作用在模具的上基板上,然后,使加热装置升温至50-250°C,并维持该状态至少30分钟。完成高分子基体与碳纳米管薄膜结构的复合。优选地,加热装置可为加热板、热压机、平板硫化机、热压罐或者烘箱等。高分子基体在50?250°C时为液态,在该温度区间下的液态高分子基体的粘度很低。对模具加压,液态高分子基体在压力的作用下能够更好的浸润到碳纳米管薄膜结构中,多余的液态高分子会从流胶槽中流出。最后,使高分子基体固化成型,待加热装置降温后,将模具从加热装置中取出,脱模可得碳纳米管薄膜复合材料。当然,在本发明其他是实施方式中,高分子基体固化成型的方法可依据高分子基体材料的不同而不同。
[0034]参图3所示,对比经过刻蚀处理的碳纳米管和不经过刻蚀的碳纳米管形成的碳纳米管薄膜复合材料,可以看出,没经过刻蚀处理的碳纳米管薄膜(图3a和3b),高分子基体只有一部分进入碳纳米管三维网络结构中但是并不能完全的浸透这种碳纳米管结构,中间是有很多的空洞,这种复合材料拥有很多的缺陷。在外力的作用下很容易被损坏,因此
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