碳纳米管复合材料预制件及其制备方法 |
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| 申请号 | CN200710076745.6 | 申请日 | 2007-08-31 | 公开(公告)号 | CN101376497B | 公开(公告)日 | 2011-06-22 |
| 申请人 | 清华大学; 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司; | 发明人 | 郭海周; 戴风伟; 姚湲; 张长生; 刘长洪; 姜开利; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 碳 纳米管 复合材料 预制件及其制备方法，该 碳纳米管 复合材料预制件包括一基片及一 碳纳米管阵列 形成于该基片，其中，该碳纳米管阵列远离基片的一端碳纳米管之间的间隙大于靠近基片的一端碳纳米管之间的间隙。该碳纳米管复合材料预制件的制备方法包括以下步骤：提供一碳纳米管阵列形成于一基片；将上述形成有碳纳米管阵列的基片置于一 溶剂 中一段时间；将上述基片取出后烘干处理，形成碳纳米管复合材料预制件。本发明所提供的碳纳米管复合材料预制件中碳纳米管之间具有较大的间隙，且制备方法工艺简单、成本低、周期短、易于实现。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种碳纳米管复合材料预制件，其包括一基片及一碳纳米管阵列形成于该基片，其特征在于，该碳纳米管阵列远离基片的一端碳纳米管之间的间隙大于靠近基片的一端碳纳米管之间的间隙。 |
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| 说明书全文 | 碳纳米管复合材料预制件及其制备方法技术领域背景技术[0002] 自1991年日本NEC公司的Iijima发现碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)以来(Iilima S.，Nature，1991，354，56-58)，碳纳米管引起了科学界及产业界的极大重视，是近年来国际科学研究的热点。碳纳米管具有与金刚石相同的热导和独特的力学性能，如抗张强度达100千兆帕，模量高达1800千兆帕，且耐强酸、强碱，600℃以下基本不氧化等。利用碳纳米管作为填充物与工程材料复合成为碳纳米管应用的一个重要方向。 [0003] 现有技术中，在玻璃基片、硅基片和耐高温金属材料上生长碳纳米管阵列已经日趋成熟，这种结构均匀一致、排列分立有序、高质量、低能耗的碳纳米管阵列所形成的自组装有序阵列复合结构，被广泛地应用到场发射管、超薄平面显示器、阴极电极、生物传感器、分子尺度的电子元件和光子器件上。同时，碳纳米管阵列还在储氢材料、电极材料、电子元器件方面有极具潜力的应用价值。 [0004] 然而，碳纳米管阵列间充满的空气导致碳纳米管径向性能(如导热性能)较差，影响了整个材料的性能，如果能在碳纳米管间隙里边填充金属或高分子材料，使金属或高分子材料与碳纳米管紧密接触形成复合材料，就能改善碳纳米管阵列径向方向的性能。 [0005] 目前，碳纳米管阵列的复合材料制备工艺通常是采用直接生长的碳纳米管阵列作为预制件，并直接在碳纳米管阵列里灌入熔融的金属或高分子材料(请参见文献“Aligned Carbon Nanotube Composite Films for ThermalManagement”Huang H.，Liu C.H.，Wu Y.et al..Adv Mater.，Vol17，p1652(2005)，但是，由于现有技术中碳纳米管阵列中的碳纳米管之间的间隙较小，使得某些材料如铟、铜等较难进入到碳纳米管阵列间隙中去。 [0006] 有鉴于此，确有必要提供一种碳纳米管复合材料预制件及其制备方法，该碳纳米管复合材料预制件中碳纳米管之间具有较大的间隙，且制备方法工艺简单、成本低、周期短、易于实现。 发明内容[0007] 下面将以实施例说明一种碳纳米管复合材料预制件及其制备方法，该碳纳米管复合材料预制件中碳纳米管之间的间隙较大，且制备方法工艺简单、成本低、周期短、易于实现。 [0008] 一种碳纳米管复合材料预制件，其包括一基片及一碳纳米管阵列形成于该基片，其中，该碳纳米管阵列远离基片的一端碳纳米管之间的间隙大于靠近基片的一端碳纳米管之间的间隙。 [0009] 该碳纳米管复合材料预制件的制备方法包括如下步骤： [0010] 提供一碳纳米管阵列形成于一基片； [0011] 将上述形成有碳纳米管阵列的基片置于一溶剂中一段时间；以及 [0012] 将上述基片取出后烘干处理，形成碳纳米管复合材料预制件。 [0014] 与现有技术相比，所述的碳纳米管复合材料预制件及其制备方法具有以下优点：其一，本技术方案所提供的碳纳米管复合材料预制件中碳纳米管阵列远离基片的一端碳纳米管之间的间隙较大，该间隙尺寸为2微米-300微米，因而易与其它材料复合以形成碳纳米管阵列复合材料；其二，上述制备方法工艺简单、成本低、周期短、易于实现。 附图说明 [0015] 图1是本技术方案碳纳米管复合材料预制件的制备方法的流程图。 [0016] 图2是本技术方案第一实施例中的碳纳米管阵列在双氧水里抽真空处理后，其远离基片的一端的扫描电镜(SEM)照片。 [0017] 图3是本技术方案第一实施例中的碳纳米管阵列在双氧水里抽真空处理后，其与碳纳米管轴向平行的剖面的扫描电镜(SEM)照片。 [0018] 图4是本技术方案第一实施例中的碳纳米管阵列在双氧水里抽真空处理后，其靠近基片的一端的扫描电镜(SEM)照片。 [0019] 图5是本技术方案第二实施例中的碳纳米管阵列在水里抽真空处理后，其远离基片的一端的扫描电镜(SEM)照片。 [0020] 图6是本技术方案第三实施例中的碳纳米管阵列从水里取出后，其远离基片的一端的扫描电镜(SEM)照片。 [0021] 图7是本技术方案第四实施例中的碳纳米管阵列在酒精里抽真空处理后，其远离基片的一端的扫描电镜(SEM)照片。 [0022] 图8是本技术方案第五实施例中的碳纳米管阵列在双氧水里超声波处理后，其远离基片的一端的扫描电镜(SEM)照片。 具体实施方式[0023] 下面将结合附图及具体实施例，对本技术方案提供的一种碳纳米管复合材料预制件及其制备方法作进一步的详细说明。 [0024] 请参阅图1，本技术方案实施例碳纳米管复合材料预制件的制备方法包括以下步骤： [0025] 步骤一、提供一碳纳米管阵列形成于一基片； [0027] 上述基片至少具有一表面，所述基片材料可为玻璃、硅、金属或金属氧化物。上述碳纳米管阵列中的碳纳米管的直径为1纳米-100纳米，长度为1微米-500微米，本实施例中，碳纳米管的长度为200微米，碳纳米管之间的间隙为1纳米-100纳米。该碳纳米管可为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管以及多壁碳纳米管。 [0028] 步骤二、将上述形成有碳纳米管阵列的基片置于一溶剂中一段时间； [0029] 所述的将上述形成有碳纳米管阵列的基片置于一溶剂中一段时间可包括以下步骤：提供一溶剂；将所述溶剂放入一容器中；将碳纳米管阵列连同基片放入上述溶剂中，静置一段时间。 [0030] 其中，所述溶剂为水、乙醇或双氧水溶液，上述双氧水溶液的浓度为25％。所述溶剂的加入量须能够使碳纳米管阵列远离基片的一端浸没在上述溶剂中。所述的置于上述溶剂中所用的时间为10分钟-60分钟。 [0031] 所述的将上述形成有碳纳米管阵列的基片置于一溶剂中后，可进一步包括一抽真空过程或一超声波处理过程，以排出碳纳米管阵列中的气体。上述过程中，碳纳米管阵列中的气体逸出至碳纳米管阵列远离基片的一端，在碳纳米管阵列远离基片的一端形成气泡，在气泡的表面张力作用下，碳纳米管阵列远离基片的一端中的碳纳米管被挤到一边压实，从而在碳纳米管阵列远离基片的一端中形成蜂窝煤状的间隙，该间隙尺寸为2微米-300微米。 [0033] 步骤三、将上述基片从溶剂中取出后烘干处理，形成碳纳米管复合材料预制件。 [0035] 所制备的碳纳米管复合材料预制件包括一基片及一碳纳米管阵列形成于该基片，其中，该碳纳米管阵列远离基片的一端碳纳米管之间的间隙大于靠近基片的一端碳纳米管之间的间隙。其中，上述碳纳米管阵列远离基片的一端碳纳米管之间的间隙尺寸为2微米-300微米；上述碳纳米管阵列靠近基片的一端碳纳米管之间的间隙尺寸为1纳米-100纳米。上述碳纳米管复合材料预制件中的碳纳米管的直径为1纳米-100纳米，长度为1微米-500微米。本技术方案碳纳米管复合材料预制件中的碳纳米管有序排列，具有出色的物理性能，易于处理并适用于各种领域，例如：电子材料、导热材料、光学材料、催化剂材料、磁性材料、吸附过滤材料、纺织服装材料等。若将上述碳纳米管复合材料预制件与金属或高分子材料复合，如将熔融态的金属或高分子材料渗入到本技术方案所提供的碳纳米管复合材料预制件中，由于熔融态的金属或高分子材料从远离基片的一端渗入碳纳米管阵列，而碳纳米管阵列远离基片的一端碳纳米管之间的间隙较大，该间隙尺寸为2微米-300微米，故金属或高分子材料可较容易地渗入到碳纳米管阵列中，从而制备出性能更加优异的复合材料。 [0036] 以下将提供碳纳米管复合材料预制件的制备方法的具体实施例。 [0037] 实施例一 [0038] 首先，提供一碳纳米管阵列形成于一基片，基片的长与宽均为1厘米；将上述形成有碳纳米管阵列的基片置于浓度为25％的双氧水溶剂中；将上述双氧水溶液用水循环真空泵进行抽真空处理20分钟；将上述基片取出后放入真空干燥箱中烘干，形成碳纳米管复合材料预制件，上述碳纳米管复合材料预制件远离基片的一端、与碳纳米管轴向平行的剖面以及靠近基片的一端的表面形貌请参见图2、图3及图4。从图2中可以看出，碳纳米管复合材料预制件远离基片的一端碳纳米管之间的间隙尺寸为10微米-30微米；从图3及图4中可以看出，碳纳米管复合材料预制件中碳纳米管阵列远离基片的一端中碳纳米管之间的较大间隙没有贯穿到底。 [0039] 实施例二 [0040] 首先，提供一碳纳米管阵列形成于一基片，基片的长与宽均为1厘米；将上述形成有碳纳米管阵列的基片置于水中；将上述溶液用水循环真空泵进行抽真空处理40分钟；将上述基片取出后放入真空干燥箱中烘干，形成碳纳米管复合材料预制件，上述碳纳米管复合材料预制件远离基片的一端的表面形貌参见图5，从图5中可以看出，上述碳纳米管复合材料预制件远离基片的一端碳纳米管之间的间隙尺寸为15微米-30微米。 [0041] 实施例三 [0042] 首先，提供一碳纳米管阵列形成于一基片，基片的长与宽均为1厘米；将上述形成有碳纳米管阵列的基片置于乙醇溶剂中；将上述乙醇溶液用水循环真空泵进行抽真空处理60分钟；将上述基片取出后放入真空干燥箱中烘干，形成碳纳米管复合材料预制件，上述碳纳米管复合材料预制件的远离基片的一端的表面形貌参见图6，从图6中可以看出，碳纳米管复合材料预制件远离基片的一端碳纳米管之间的间隙尺寸约为300微米。 [0043] 实施例四 [0044] 首先，提供一碳纳米管阵列形成于一基片，基片的长与宽均为1厘米；将上述形成有碳纳米管阵列的基片置于浓度为25％的双氧水溶剂中，将上述双氧水溶液进行超声波处理30分钟；将上述基片取出后放入真空干燥箱中烘干，形成碳纳米管复合材料预制件，上述碳纳米管复合材料预制件的远离基片的一端的表面形貌参见图7，从图7中可以看出，碳纳米管复合材料预制件远离基片的一端碳纳米管之间的间隙尺寸为2微米-5微米。 [0045] 实施例五 [0046] 首先，提供一碳纳米管阵列形成于一基片，基片的长与宽均为1厘米；将上述形成有碳纳米管阵列的基片置于水中浸泡40分钟；将上述基片取出后放入真空干燥箱中烘干，形成碳纳米管复合材料预制件，上述碳纳米管复合材料预制件远离基片的一端的表面形貌参见图8，从图8中可以看出，碳纳米管复合材料预制件远离基片的一端碳纳米管之间的间隙尺寸为10微米-200微米。 [0047] 与现有技术相比，本技术方案实施例中碳纳米管复合材料预制件及其制备方法具有以下优点：其一，本技术方案所提供的碳纳米管复合材料预制中碳纳米管阵列远离基片的一端碳纳米管之间的间隙较大，该间隙尺寸为2微米-300微米，因而易与其它材料复合以形成碳纳米管阵列复合材料；其二，本技术方案所提供的碳纳米管复合材料预制件的制备方法对碳纳米管阵列的形态影响较小，碳纳米管复合材料预制件中的碳纳米管保持有序排列；其三，上述制备方法工艺简单、成本低、周期短、易于实现。 [0048] 另外，本领域技术人员还可在本技术方案精神内作其它变化，当然这些依据本技术方案精神所作的变化，都应包含在本技术方案所要求保护的范围内。 |
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