碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料及其制法与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其包括网络骨架，所述网络骨架包括由复数根碳纳米管聚集形成的碳纳米管薄膜，该复数根碳纳米管中的至少部分碳纳米管上分布有结晶体，并且其中至少一根碳纳米管上设置有由两个以上结晶体以所述碳纳米管为轴依次分布而形成的串晶结构，所述结晶体的材质选自能够结晶的聚合物。本发明专利技术还公开了所述碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料的制备方法与应用。本发明专利技术提供的碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料形态均一、力学强度高，厚度最低可达1μm，有效解决了碳纳米管在聚合物中难分散从而难以形成良好结晶形貌的问题。

Carbon nanotube film / semicrystal polymer composite and its preparation and Application

The invention discloses a carbon nanotube film / semi crystalline polymer composites, including the network structure, the network frame comprises a carbon nanotube film formed by a plurality of carbon nanotubes together, at least part of the plurality of carbon nanotubes in carbon nanotubes on the distribution of crystals, and at least one set of carbon nanotubes it is composed of more than two crystals to the carbon nanotube axis are distributed shish-kebab structures formed by the crystallization of the material can be selected from the group consisting of crystalline polymers. The invention also discloses the preparation method and application of the carbon nanotube film / semicrystal polymer composite. The carbon nanotube film / semi crystalline polymer composite material provided by the invention has uniform morphology, high mechanical strength and a minimum thickness of 1 mu m, which effectively solves the problem that carbon nanotubes are difficult to disperse in polymers and difficult to form good crystalline morphology.

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料及其制法与应用
本专利技术属于纳米材料领域，涉及一种碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料及其制法与应用，具体涉及一种具有良好串晶结构并且力学性能高的纳米管复合材料、及其制备方法与应用。
技术介绍
碳纳米管因其特殊的管状结构而具有优异的力学、热学、电学等性能，因而可用于晶体管、传感器、半导体、超级电容器等众多应用领域。但是，由于碳纳米管表面光滑，因此碳纳米管管间的相互作用并不理想，这严重阻碍了碳纳米管在应用领域的发展。因此，研究者们通过多种方法试图解决碳纳米管管间的界面问题。例如通过化学方法在碳纳米管表面接枝官能团，这种方法虽然能够提高碳纳米管的反应活性并且能够提高碳纳米管表面粗糙度，从而使碳纳米管管间静摩擦增加，增强界面，但是这也同时对碳纳米管造成了结构上的破坏，从而使碳纳米管的性能下降。因此，一种不破坏碳纳米管同时又能够提高碳纳米管表面粗糙度的方法急需被开发。有研究人员研究了聚乙烯在碳纳米管分散液中形成结晶的机理。这种方法使得聚乙烯在碳纳米管表面形成了结晶结构，提高了碳纳米管表面的粗糙程度，从而改善了碳纳米管管间界面。然而，由于碳纳米管本身结构的限制，这种方法利用碳纳米管制成分散液，并与聚合物共混，很难形成均匀分散液，这就导致了所制备的碳纳米管/聚乙烯复合材料结构不均匀，并且结晶形貌可控性差。
技术实现思路
针对碳纳米管难以分散，不能形成良好串晶结构的问题，本专利技术的主要目的在于提供一种碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其包括网络骨架，所述网络骨架包括由复数根碳纳米管聚集形成的碳纳米管薄膜，该复数根碳纳米管中的至少部分碳纳米管上分布有结晶体，并且其中至少一根碳纳米管上设置有由两个以上结晶体以所述碳纳米管为轴依次分布而形成的串晶结构，所述结晶体的材质选自能够结晶的聚合物。在一些实施方案之中，所述碳纳米管薄膜表面及内部均分布有所述串晶结构。在一些较为优选的实施方案之中，所述串晶结构中的相邻结晶体彼此间隔设置。本专利技术实施例提供了一种制备所述碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料的方法，其包括：提供由复数根碳纳米管聚集形成的碳纳米管薄膜，以及，提供主要由所述聚合物及溶剂组成的聚合物溶液；以所述聚合物溶液充分浸润所述碳纳米管薄膜，并使所述聚合物至少在该复数根碳纳米管中的部分碳纳米管上结晶形成结晶体，且使其中至少两个结晶体以一碳纳米管为轴依次分布而形成串晶结构，从而形成所述碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：(1)本专利技术提供了一种碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，不仅形态均一、力学强度高，而且厚度最低可达1μm，有效解决了碳纳米管在聚合物中难分散从而难以形成良好结晶形貌的问题。(2)本专利技术提出的一种碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料不仅制备工艺简单可控，而且成本低，可广泛用于晶体管、传感器、半导体、超级电容器等众多应用领域。附图说明图1为本专利技术所述碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料制备方法的工艺流程图；图2为本专利技术实施例1制备的一种典型碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料样品形貌的SEM图；图3为本专利技术实施例1制备的碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料样品的拉伸性能曲线图。具体实施方式下文将对本专利技术的技术方案作更为详尽的解释说明。但是，应当理解，在本专利技术范围内，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。如前所述，鉴于现有碳纳米管复合材料产品的不足，本案专利技术人进行了长期研究和大量实践，以期能寻找到相应的解决方案。在研究过程中，本案专利技术人发现，当利用碳纳米管薄膜替代常用的碳纳米管分散液后，克服了碳纳米管在有机或无机溶解中均难以分散均匀的问题，使半晶质聚合物在碳纳米管薄膜中形成结晶结构所获得的复合材料具有远优于现有碳纳米管薄膜的力学性能，特别是抗拉伸性能，其原因可能在于，串晶的形成提高了碳纳米管的表面粗糙度，在受到外力作用时，碳管间摩擦力增大，从而使力学性能提高。这一发现令人意外和惊喜。而基于这一发现，本案专利技术人得以提出本专利技术的技术方案，即，提出了一种高强度碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料及其制备方法。本专利技术实施例的一个方面提供了一种碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其包括网络骨架，所述网络骨架包括由复数根碳纳米管聚集形成的碳纳米管薄膜，该复数根碳纳米管中的至少部分碳纳米管上分布有结晶体，并且其中至少一根碳纳米管上设置有由两个以上结晶体以所述碳纳米管为轴依次分布而形成的串晶结构，所述结晶体的材质选自能够结晶的聚合物。在一些实施方案之中，所述碳纳米管薄膜表面及内部均分布有所述串晶结构。在一些实施方案之中，所述串晶结构中的相邻结晶体彼此间隔设置，即形成了周期性纳米杂化串晶结构。在一些实施方案之中，所述的碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料包含65wt％～99.9wt％所述碳纳米管薄膜和0.01wt％～35wt％所述聚合物。在一些实施方案之中，所述碳纳米管薄膜的厚度在1μm以上。在一些较为具体的实施方案之中，所述碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料的厚度为1μm以上，优选在10μm以上，尤其优选为10μm～25μm。在一些实施方案之中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一些实施方案之中，所述聚合物包括聚乙烯、聚酰胺或尼龙，但不限于此。本专利技术实施例的一个方面还提供了一种制备所述碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料的方法，其包括：提供由复数根碳纳米管聚集形成的碳纳米管薄膜，以及，提供主要由所述聚合物及溶剂组成的聚合物溶液；以所述聚合物溶液充分浸润所述碳纳米管薄膜，并使所述聚合物至少在该复数根碳纳米管中的部分碳纳米管上结晶形成结晶体，且使其中至少两个结晶体以一碳纳米管为轴依次分布而形成串晶结构，从而形成所述碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料。在一些实施方案之中，参阅图1所示，所述的制备方法可以包括：将所述碳纳米管薄膜于所述聚合物溶液内充分浸泡，从而于所述碳纳米管薄膜表面及内部均形成所述串晶结构。在一些实施方案之中，所述的制备方法包括：以所述聚合物溶液充分浸润所述碳纳米管薄膜并形成包含串晶结构的初成品后，清洗除去非晶相的所述聚合物，从而获得所述碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料。在一些实施方案之中，所述的制备方法包括：在以所述聚合物溶液充分浸泡所述碳纳米管薄膜时，通过对所述聚合物溶液进行加热、冷却或蒸发溶剂而使所述聚合物结晶。在一些实施方案之中，所述的制备方法包括：至少选用真空抽滤法、浮动催化法、旋涂法、蒸发法、阵列拉膜法，L-B膜法中的任意一种方式制得所述碳纳米管薄膜。在一些实施方案之中，所述聚合物溶液的浓度为0.01wt％～10wt％。在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法包括：将半晶质聚合物溶解于溶剂中，形成均匀稳定的聚合物溶液；然后将制备好的碳纳米管薄膜浸泡于聚合物溶液中，在一定温度下保持一定时间，使聚合物结晶；结晶结束后，以溶剂清洗碳纳米管薄膜/半晶质聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其特征在于包括网络骨架，所述网络骨架包括由复数根碳纳米管聚集形成的碳纳米管薄膜，该复数根碳纳米管中的至少部分碳纳米管上分布有结晶体，并且其中至少一根碳纳米管上设置有由两个以上结晶体以所述碳纳米管为轴依次分布而形成的串晶结构，所述结晶体的材质选自能够结晶的聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其特征在于包括网络骨架，所述网络骨架包括由复数根碳纳米管聚集形成的碳纳米管薄膜，该复数根碳纳米管中的至少部分碳纳米管上分布有结晶体，并且其中至少一根碳纳米管上设置有由两个以上结晶体以所述碳纳米管为轴依次分布而形成的串晶结构，所述结晶体的材质选自能够结晶的聚合物。2.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其特征在于：所述碳纳米管薄膜表面及内部均分布有所述串晶结构。3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其特征在于：所述串晶结构中的相邻结晶体彼此间隔设置。4.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其特征在于包含65wt％～99.9wt％所述碳纳米管薄膜和0.01wt％～35wt％所述聚合物。5.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其特征在于：所述碳纳米管薄膜的厚度在1μm以上。6.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其特征在于：所述碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料的厚度为1μm以上，优选在10μm以上，尤其优选为10～25μm。7.根据权利要求1所述的碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料，其特征在于：所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述聚合物包括聚乙烯、聚酰胺或尼龙。8.如权利要求1-7中任一项所述碳纳米管薄膜/半晶质聚合物复合材料的制备方法，其特征在于包括：提供由...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕卫帮，刘佳林，曲抒旋，李清文，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32