一种常压制备的碳纳米管基薄膜材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种常压制备的碳纳米管基薄膜材料及其制备方法和应用，所述碳纳米管基薄膜材料中碳纳米管的质量百分含量为50～100％，所述碳纳米管在碳纳米管基薄膜材料的面内排列具有取向性。所述制备方法包括如下步骤：(1)将碳纳米管与水混合，分散，得到水分散液；(2)将水分散液挤出并打印于放置在有机溶剂中的基底上，得到预处理样品；(3)将预处理样品从有机溶剂中取出，常压干燥，得到所述碳纳米管基薄膜材料。所述碳纳米管基薄膜材料具有优异的电导率、热导率和电磁屏蔽功能，制备方法简单，生产能耗和成本低，可实现大规模工业化的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种常压制备的碳纳米管基薄膜材料及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种碳纳米管基薄膜材料及其制备方法和应用。
技术介绍
纳米材料是指在三维空间里有至少一个维度在纳米级别的尺寸中，其尺寸是0.1-100nm，或是由这些基础型的单元类型组成的材料。纳米材料具有特殊的小尺寸效应和表面效应，以及优异的力学、电学、光及热学性能，由纳米材料组装的宏观材料具有许多新异及优秀的功能特性，在力学、电子学、光学、热学及生物学等领域具有非常广阔的应用前景。如何通过灵活、成本低、绿色的制备方法实现大面积、规模化生产纳米材料组装的宏观聚集体材料一直是学术及工业界的发展重点及挑战。碳纳米管(carbonnanotube，CNT)是一种新型碳质纳米材料，又名巴基管，可视为石墨烯片卷曲而成的一维中空管状纳米结构，其直径可在几个纳米至几十纳米之间，长度可达数微米至数毫米，具有非常高的长径比及大的比表面积。碳纳米管可根据管壁上碳原子层数的不同分为单壁碳纳米管(Single-walledcarbonnanotube，SWCNT)、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管(Multi-walledcarbonnanotube,MWCNT)，多壁碳纳米管可看作是由多个单壁碳纳米管同轴嵌套构成，片层间距为0.34nm。由于碳纳米管具有优异的力、电及热学等性质，引发了研究者们对其研究的热潮，自此开辟了碳科学发展的新篇章，也把人们带入了纳米科技的新时代。经过二十几年发展，碳纳米管在制备、结构、性能、应用等方面均取得了重大的成果，从最初的实验室少量制备到目前的工业化大量生产，其研究越来越受到人们的关注。然而，由于这些碳纳米材料的表面为化学惰性，从而难以加工或分散，使得基于碳纳米管的宏观结构材料或薄膜的构建、制备及应用难以实现。特别地，为了有效地利用一维碳纳米管结构，研究一种灵活、可规模化的制备技术，使得所制备的宏观结构薄膜中的碳纳米管定向排列，获得具有高性能的碳纳米管及碳纳米管基薄膜，一直是该领域的研究重点及挑战。CN105565295A公开了一种取向碳纳米管薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：A、先对羧基化多壁碳纳米管进行聚合物改性，再通过化学共沉淀的方法均匀负载磁性粒子，得到带有磁性的多壁碳纳米管；B、将A中得到的磁性碳纳米管加入到溶剂中分散，得到碳纳米管溶液；C、采用真空抽滤法，将B中得到的磁性碳纳米管溶液倒入真空抽滤装置后，施加磁场并通过改变磁场方向得到面内垂直取向膜或面内平行取向膜；D、利用液氮脱去基底膜，得到取向碳纳米管膜。该方法得到的膜结构均匀、完整，改变磁场的强度以及碳纳米管上磁性纳米粒子的接枝率，可以实现取向度的可控性。CN107119262A公开了一种镍金属基体表面催化生长碳纳米管薄膜的方法，是一种基于化学气相沉积催化生长碳纳米管薄膜的方法，主要步骤如下：将表面预处理后的镍金属基体置于管式炉中，抽真空，通入氩气作为载气，升温后，通入氢气对预处理的镍金属基体进行还原；继续升温，通入碳氢气源，在镍金属基体表面生长碳纳米管薄膜。该方法催化生长的碳纳米管薄膜均匀而致密，与镍金属基体结合强度高。结合以上现有技术可知，目前，研究者及工业界主要通过悬浮沉积法(如真空过滤法)或化学气相沉积法(CVD)制备碳纳米管基薄膜。然而，这些制备方法还存在较大的局限性，如前者通常需要昂贵的支撑基底(如微纳米纤维素、聚四氟乙烯等商用过滤膜等)和高能耗的低真空条件，同时，难以从基底撕开获得自支撑的碳纳米管或碳纳米管基薄膜，因此在生产效率和产品质量方面受到严重限制。CVD方法需要高能耗且价格昂贵的化学气相沉积设备，要求特别的气氛(如二氧化碳或氮气)、特定的气压(如低真空)以及特定的温度(超低温或高温)，不仅能耗高、制备时间长，而且CVD合成的CNT薄膜的尺寸(厚度和宽度)可控性较差。以上这些局限性在一定程度上限制了碳纳米管基材料的大尺寸制备，也限制了其大规模的生产和应用。因此，开发一种制备方法简单、能耗低、绿色环保、易规模化生产的碳纳米管薄膜，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种常压制备的碳纳米管基薄膜材料及其制备方法和应用，所述碳纳米管基薄膜材料具有取向结构，表现出优异的电导率、热导率和电磁屏蔽功能，其在常压条件下制备得到，制备方法简单，生产能耗和成本低，可实现大规模工业化的应用。为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种常压制备的碳纳米管基薄膜材料，所述碳纳米管基薄膜材料中碳纳米管的质量百分含量为50～100％，所述碳纳米管在碳纳米管基薄膜材料的面内排列具有取向性。本专利技术提供的碳纳米管基薄膜材料以碳纳米管为基体，且碳纳米管呈取向性排列，充分结合了碳纳米管自身优异的力、电及热学等性质，使所述碳纳米管基薄膜材料具有高的电导率、高的热导率以及良好的电磁屏蔽功能。所述碳纳米管基薄膜材料中碳纳米管的质量百分含量为50～100％，例如可以为52％、55％、58％、60％、62％、65％、68％、70％、72％、75％、78％、80％、82％、85％、88％、90％、92％、95％、97％或99％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。本专利技术中，所述碳纳米管基薄膜材料可以仅由碳纳米管组成，即碳纳米管的含量为100％；也可包含其他组分，例如功能填料、聚合物或助剂等；功能填料、聚合物或助剂均匀分散于由碳纳米管组成的基体中。优选地，所述碳纳米管基薄膜材料的厚度为0.5～900μm，例如可以为0.8μm、1.0μm、5.0μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、120μm、150μm、180μm、200μm、220μm、250μm、280μm、300μm、320μm、350μm、380μm、400μm、420μm、450μm、480μm、500μm、550μm、600μm、650μm、700μm、800μm或850μm，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本专利技术不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选为0.8～100μm，更进一步优选为1～80μm。优选地，所述碳纳米管基薄膜材料的密度为100～5000mg/cm3，例如可以为120mg/cm3、150mg/cm3、180mg/cm3、200mg/cm3、250mg/cm3、300mg/cm3、350mg/cm3、400mg/cm3、450mg/cm3、500mg/cm3、550mg/cm3、600mg/cm3、650mg/cm3、700mg/cm3、750mg/cm3、800mg/cm3、900mg/cm3、1000mg/cm3、1200mg/cm3、1500mg/cm3、2000mg/cm3、2500mg/cm3、3000mg/cm3、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种常压制备的碳纳米管基薄膜材料，其特征在于，所述碳纳米管基薄膜材料中碳纳米管的质量百分含量为50～100％，所述碳纳米管在碳纳米管基薄膜材料的面内排列具有取向性。/n

【技术特征摘要】
1.一种常压制备的碳纳米管基薄膜材料，其特征在于，所述碳纳米管基薄膜材料中碳纳米管的质量百分含量为50～100％，所述碳纳米管在碳纳米管基薄膜材料的面内排列具有取向性。


2.根据权利要求1所述的碳纳米管基薄膜材料，其特征在于，所述碳纳米管基薄膜材料的厚度为0.5～900μm，优选为0.8～100μm，进一步优选为1～80μm；
优选地，所述碳纳米管基薄膜材料的密度为100～5000mg/cm3，进一步优选为150～1500mg/cm3，更进一步优选为300～1000mg/cm3；
优选地，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的任意一种或至少两种的组合。


3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管基薄膜材料，其特征在于，所述碳纳米管基薄膜材料中还包括功能填料；
优选地，所述碳纳米管基薄膜材料中功能填料的质量百分含量为0.1～50％；
优选地，所述功能填料为金属填料和/或非金属填料；
优选地，所述功能填料包括银纳米线、银微米线、铜纳米线、铜微米线、金纳米线、金微米线、碳纤维、石墨烯、氧化铝、氧化铁、氧化锰、氧化硅、碳化硅、炭黑或Mxenes中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为银纳米线、银微米线、石墨烯或Mxenes中的任意一种或至少两种的组合。


4.根据权利要求1～3任一项所述的碳纳米管基薄膜材料，其特征在于，所述碳纳米管基薄膜材料中还包括聚合物；
优选地，所述碳纳米管基薄膜材料中聚合物的质量百分含量为0.01～50％；
优选地，所述聚合物包括纤维素、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、木质素、淀粉、羟甲基淀粉、醋酸淀粉、植物胶、动物胶、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、水性聚氨酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚苯胺、聚乳酸、聚马来酸酐或聚乙二醇中的任意一种或至少两种的组合。


5.根据权利要求1～4任一项所述的碳纳米管基薄膜材料，其特征在于，所述碳纳米管基薄膜材料中还包括助剂；
优选地，所述助剂包括抗菌剂、增强剂、阻燃剂、增稠剂、相容剂、抗氧化剂或增粘剂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述碳纳米管基薄膜材料中助剂的质量百分含量为0.001～50％；
优选地，所述抗菌剂包括氯己定和/或聚盐酸己双胍。


6.一种如权利要求1～5任一项所述的碳纳米管基薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将碳纳米管与水混合，分散，得到水分散液；
(2)将步骤(1)得到的水分散液挤出并打印于放置在有机溶剂中的基底上，得到预处理样品；
(3)将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴娜，曾志辉，
申请(专利权)人：吴娜，曾志辉，
类型：发明
国别省市：山东;37