碳纳米管材料的自修复方法、碳纳米管复合材料及其应用技术

本申请公开了一种碳纳米管材料的自修复方法，包括：在待修复的碳纳米管聚集体的断裂处施加分枝状大分子或高分子；驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子发生移动，从而诱导分布于所述断裂处的碳纳米管聚集结构通过再构形成一体网络结构，进而实现碳纳米管聚集体的自修复。本申请还公开了一种碳纳米管材料的连接方法、一种可自修复的碳纳米管材料、碳纳米管复合材料及其制备方法与应用等。本申请可以实现高强度、高模量的碳纳米管材料的自修复，同时还可获得展示出高粘弹性和高阻尼特性等的碳纳米管复合材料，其可以应用为新型减振功能材料。

Self-repairing methods of carbon nanotube materials, carbon nanotube composites and their applications

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管材料的自修复方法、碳纳米管复合材料及其应用
本申请涉及一种碳纳米管材料，特别是一种可自修复的碳纳米管材料、其制备方法及应用。
技术介绍
自修复材料是一类拥有结构上自愈合能力的智能材料，其在结构受损后能自行修复，且修复过程必须不需要人参与。由于自修复材料的这种特性，使得其可以具有很长的使用寿命，并可以减少由于材料报废而造成的损失。目前已见报道的自修复材料主要有一些高分子材料、陶瓷材料等。传统高分子材料的自修复手段主要包括微胶囊修复以及可逆自修复等。其中，微胶囊修复技术主要是利用微胶囊包裹或掺入愈合剂实现自愈合，当损伤裂纹产生时，微胶囊破裂渗出愈合剂可在催化剂或光、电、热等作用下发生聚合反应，达到修复效果。由于修复剂的种类和数量必须根据基体树脂和囊体材料选择，这就大大限制了这种修复形式的发展。可逆自修复技术主要是基于高分子氢键作用或者通过聚合反应、配位化合物发生络合反应等化学键重构完成自修复，这种自修复技术一般适用于柔性高分子材料体系，例如凝胶状材料体系，其力学强度基本在几个兆帕以内，主要应用于可修复电极、传感器、电子皮肤、封装等领域。近年来，也有一些研究报道是利用碳纳米管实现自修复材料，其主要通过在以高分子为主体结构的材料体系中添加碳纳米管粉体等，利用碳纳米管的导电、导热特性等来诱导高分子的网络修复。然而，对于以碳纳米管等作为主要成分形成的高模料或高强度(例如强度大于数百兆帕)的结构材料等来说，前述的各种自修复方式都是不适用的，而且迄今也未见相关的研究报道。因此，业界亟待发展出一种碳纳米管材料的自修复技术。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本申请的主要目的之一在于提供一种碳纳米管材料的自修复方法。本申请的主要目的之二在于提供一种碳纳米管材料的连接方法。本申请的主要目的之三在于提供一种碳纳米管复合材料，其具有自修复能力。本申请的主要目的之四在于提供一种制备所述碳纳米管复合材料的方法。本申请的主要目的之五在于提供所述碳纳米管复合材料的用途。为实现前述专利技术目的，本申请采用的技术方案包括：本申请实施例提供了一种碳纳米管材料的自修复方法，其包括：在待修复的碳纳米管聚集体的断裂处施加分枝状大分子和/或分枝状高分子，驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子发生移动，从而诱导分布于所述断裂处的碳纳米管聚集结构通过再构形成一体网络结构，进而实现碳纳米管聚集体的自修复。在一些实施方案中，所述的自修复方法还包括：使所述碳纳米管聚集体的裂口处的第一断裂端与第二断裂端接触，并在所述第一断裂端与第二断裂端的界面处施加所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。在一些实施方案中，所述的自修复方法可以包括：至少采用揉搓、按压、摩擦、敲击中的任一种方式驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子发生所述的移动。在一些实施方案中，所述的自修复方法还可以包括：在完成碳纳米管聚集体的自修复后，除去分布于在所述碳纳米管聚集体中的所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。本申请实施例还提供了一种碳纳米管材料的连接方法，其包括：提供第一碳纳米管聚集体和第二碳纳米管聚集体；使第一碳纳米管聚集体的第一区域与第二碳纳米管聚集体的第二区域接触，并至少在所述第一区域与第二区域之间施加分枝状大分子和/或分枝状高分子；驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子进行移动，从而诱导分布于第一区域及第二区域的碳纳米管聚集结构通过再构形成一体网络结构。在一些实施方案中，所述的连接方法具体可以包括：至少采用揉搓、按压、摩擦、敲击中的任一种方式驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子发生所述的移动。在一些实施方案中，所述的连接方法还可以包括：在完成第一碳纳米管聚集体和第二碳纳米管聚集体的连接后，除去分布于所述第一碳纳米管聚集体与第二碳纳米管聚集体的连接区域的所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。本申请实施例还提供了由前述任一种自修复方法或由前述任一种连接方法形成的碳纳米管复合材料，所述碳纳米管复合材料包括碳纳米管聚集体及分布于所述碳纳米管聚集体的局部区域内的分枝状大分子和/或分枝状高分子。本申请实施例还提供了一种可自修复的碳纳米管复合材料，其包括：碳纳米管聚集体，其包括相邻的两个碳纳米管聚集区域；以及分枝状大分子和/或分枝状高分子，其分布在所述相邻的两个碳纳米管聚集区域的连接区域内。在一些实施方案中，所述碳纳米管聚集体包括第一碳纳米管聚集体和第二碳纳米管聚集体，所述第一碳纳米管聚集体包括第一碳纳米管聚集区域，所述第二碳纳米管聚集体包括第二碳纳米管聚集区域，所述第一碳纳米管聚集区域与第二碳纳米管聚集区域连接，所述分枝状大分子和/或分枝状高分子分布于所述第一碳纳米管聚集区域与第二碳纳米管聚集区域的连接区域内。本申请实施例还提供了一种制备前述碳纳米管复合材料的制备方法，其包括：将第一碳纳米管聚集体与第二碳纳米管聚集体贴合，并在该两者的贴合处施加分枝状大分子和/或分枝状高分子；驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子进行移动，从而诱导分布于所述第一碳纳米管聚集体与第二碳纳米管聚集体贴合处的碳纳米管聚集结构通过再构形成一体网络结构。本申请实施例还提供了所述碳纳米管复合材料的用途，例如于制备减振功能材料中的用途。较之现有技术，本申请通过分枝状大分子和/或分枝状高分子的诱导作用，使碳纳米管网络在损伤后能够重新构筑，进而实现高强度(力学强度在几百兆帕乃至GPa以上)、高模量的碳纳米管材料的自修复，同时此类分枝状大分子和/或分枝状高分子与碳纳米管网络的复合材料还呈现出高粘弹性和高阻尼特性，可以应用为新型减振功能材料。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本申请一实施方案中利用分枝状大分子和/或分枝状高分子修复碳纳米管材料的原理示意图。图2a是本申请一实施例中利用边对边方式进行碳纳米管薄膜材料修复前后的实物照片。图2b是本申请一实施例中利用叠加方式进行碳纳米管薄膜材料修复前后的实物照片。图3是本申请一些实施例中利用边对边方式以及叠加方式进行修复的碳纳米管薄膜材料的力学性能测试图。图4a-图4b是本申请一实施例中碳纳米管网络结构在利用聚乙烯亚胺牵伸前后的结构图。图5是本申请一实施例中碳纳米管薄膜原膜及将其牵伸22％之后，碳纳米管薄膜原膜经聚乙烯亚胺浸渍后牵伸40％以及浸渍后牵伸40％并电热去除聚乙烯亚胺后的力学测试曲线图。图6a-图6b是本申请一实施例中碳纳米管薄膜经过聚乙烯亚胺浸渍前后的循环拉伸测试曲线图。具体实施方式本申请实施例提供的一种碳纳米管材料的自修复方法包括：在待修复的碳纳米管聚集体的断裂处施加分枝状大分子和/或分枝状高分子，驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子发生移动，从而诱导分布于所述断裂处的碳纳米管聚集结构通过再构形成一体网络结构，进而实现碳纳米管聚集体的自修复。具体地讲，本申请所述自修复方法的原理可以参阅图1所示，其主要是通过在碳纳米管材料的断口或裂口处引入分枝状大分子或高分子等，利用分枝状大分子或高分子的流动特性带动碳纳米管网络实现再构，更确切本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管材料的自修复方法，其特征在于包括：在待修复的碳纳米管聚集体的断裂处施加分枝状大分子和/或分枝状高分子，驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子发生移动，从而诱导分布于所述断裂处的碳纳米管聚集结构通过再构形成一体网络结构，进而实现碳纳米管聚集体的自修复。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管材料的自修复方法，其特征在于包括：在待修复的碳纳米管聚集体的断裂处施加分枝状大分子和/或分枝状高分子，驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子发生移动，从而诱导分布于所述断裂处的碳纳米管聚集结构通过再构形成一体网络结构，进而实现碳纳米管聚集体的自修复。2.根据权利要求1所述的自修复方法，其特征在于还包括：使所述碳纳米管聚集体的裂口处的第一断裂端与第二断裂端接触，并在所述第一断裂端与第二断裂端之间施加所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。3.根据权利要求2所述的自修复方法，其特征在于还包括：将所述碳纳米管聚集体的裂口处的第一断裂端与第二断裂端拼接，并在所述第一断裂端与第二断裂端的拼接处施加所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。4.根据权利要求2所述的自修复方法，其特征在于还包括：将所述碳纳米管聚集体的裂口处的第一断裂端与第二断裂端搭接，并在该两者的搭接处施加所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。5.根据权利要求1所述的自修复方法，其特征在于具体包括：将在设定温度条件下呈流体状或膏状的分枝状大分子和/或分枝状高分子直接施加在待修复的碳纳米管聚集体的断裂处。6.根据权利要求1所述的自修复方法，其特征在于具体包括：将含有所述分枝状大分子和/或分枝状高分子流体或膏施加在待修复的碳纳米管聚集体的断裂处。7.根据权利要求6所述的自修复方法，其特征在于具体包括：将所述分枝状大分子和/或分枝状高分子的溶液施加在待修复的碳纳米管聚集体的断裂处。8.根据权利要求1所述的自修复方法，其特征在于具体包括：至少采用揉搓、按压、摩擦、敲击中的任一种方式驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子发生所述的移动。9.根据权利要求1-8中任一项所述的自修复方法，其特征在于：所述分枝状大分子和/或分枝状高分子包括聚乙烯亚胺或聚丙烯亚胺；和/或，所述碳纳米管聚集体的形状包括膜状、纤维状、带状或块状。10.根据权利要求1所述的自修复方法，其特征在于还包括：在完成碳纳米管聚集体的自修复后，除去分布于在所述碳纳米管聚集体中的所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。11.根据权利要求1所述的自修复方法，其特征在于还包括：在完成碳纳米管聚集体的自修复后，对所述碳纳米管聚集体进行拉伸处理。12.根据权利要求11所述的自修复方法，其特征在于还包括：在完成所述的拉伸处理后，除去分布于在所述碳纳米管聚集体中的所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。13.根据权利要求10或12所述的自修复方法，其特征在于具体包括：至少采用以热源将所述碳纳米管聚集体加热至足够高的温度或在所述碳纳米管聚集体通入足够大的电流的方式，去除其中的所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。14.一种碳纳米管材料的连接方法，其特征在于包括：提供第一碳纳米管聚集体和第二碳纳米管聚集体；使第一碳纳米管聚集体的第一区域与第二碳纳米管聚集体的第二区域接触，并至少在所述第一区域与第二区域之间施加分枝状大分子和/或分枝状高分子；驱使所述分枝状大分子和/或分枝状高分子发生移动，从而诱导分布于分布于第一区域及第二区域的碳纳米管聚集结构通过再构形成一体网络结构。15.根据权利要求14所述的连接方法，其特征在于：所述第一碳纳米管聚集体、第二碳纳米管聚集体均包含有多根碳纳米管聚集形成的网络结构。16.根据权利要求14所述的连接方法，其特征在于具体包括：将所述第一区域与第二区域拼接，并在两者的拼接处施加所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。17.根据权利要求14所述的连接方法，其特征在于具体包括：将所述第一区域与第二区域贴合，并在两者的贴合处施加所述分枝状大分子和/或分枝状高分子。18.根据权利要求14所述的连接方法，其特征在于具体包括：将在设定温度条件下呈流体状或膏状的分枝状大分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骁骅，张鑫，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