本发明专利技术揭示了一种碳纳米管／聚苯乙烯复合导电材料的制作方法，先用特定溶剂配置一份较低浓度的聚苯乙烯溶液，并用该聚苯乙烯溶液分散碳纳米管；再根据复合材料所需配比，用相同溶剂配置另一份聚苯乙烯溶液，并将两份溶液均匀混合；然后朝向混合溶液中加入与聚苯乙烯溶液中溶剂互溶，但对聚苯乙烯却非溶剂的另一种溶剂；最后过滤收集或烘干得到固体复合导电材料。本发明专利技术直接利用聚苯乙烯基体材料的链缠绕、π－π相互作用等使碳纳米管得以均匀、稳定分散，无需添加使用辅助分散剂或化学修饰后分散，避免了超声处理对基体的破坏，保存了基体材料的基本结构和性能，同时大大提高了复合材料的纯净度。本发明专利技术制作方法操作工艺简单，成本显著节省。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体工艺领域，特别涉及一种基于半导体材料制作纳米阵列结构太 阳能电池的方法，该方法能显著改善III族氮化物纳米阵列结构。
技术介绍
纳米复合材料是指分散相在三维尺寸上至少有一维小于IOOnm的一类复合材料， 是当今国际上材料学中最活跃的前沿领域之一。它具有独特的纳米级分散微结构，将其不 同组分的优点在纳米尺度上完美地结合起来，从而表现出单一组分和常规微观复合材料难 以达到的优异性能。然而，在聚合物/无机复合材料中，目前研究最多的是聚合物/粘土和 聚合物/碳纳米管纳米复合材料。纳米粘土添加到塑料里面可以提高塑料的抗压力，碳纳 米管则还可以提高材料的电导率和热导率，所以自1994年Ajayan等将CNTs作为无机填料 加入到聚合物基体中制备聚合物/CNT复合材料以来，人们就展开了大量的研究工作，试图 将CNTs充分解缠绕并均勻分散在聚合物基体中，以制备新型高性能多功能聚合物基纳米 复合材料。碳纳米管是由日本电镜专家Iijima于1991年在真空电弧蒸发的石墨电极中首次 观察到，是继C60之后碳家族中出现的又一新成员。碳纳米管是由类似石墨结构的六边形 网格卷绕而成的、同轴中空“微管”，两端的由五边形或七边形碳网封闭。根据层数不同，碳 纳米管可分为单壁管(SWCNT)和多壁管(MWCNT)。它的长度为几微米至几毫米，而它的直 径一般只有几纳米到几十纳米。因此，碳纳米管被认为是典型的一维纳米材料。然而两种 形态的CNTs都显示出卓越的机械性能和力学性质。CNTs的理论拉伸强度是钢的100倍， 最高弹性形变(12% )约为钢的60倍，而密度却只有钢的1/6。根据CNTs螺旋性及直径的 不同，CNTs还可以表现出金属性和半导体性。此外在热输运能力上，理论研究和实验结果 都表明碳纳米管的热导率高达3500W/(m · K)，远远超过具有良好导热率的金属铜的热导率 385ff/(m ·Κ)，且其比重也远远小于通用的散热介质金属铝。这些优点使碳纳米管成为微电 子器件、智能传感、能源转化等领域中现有材料的强有力竞争者。然而由于碳纳米管独特的碳环卷制结构，使其不溶于通常有机溶剂和水中。故而 尽管众多理论都表明它可以大幅改善基体材料的机械性能、导电导热能力，但是如何得到 碳纳米管在基体中的均勻稳定分散，仍然是制约其在复合材料中广泛应用中的瓶颈之一。 聚合物材料主要包括橡胶、塑料、纤维、胶黏剂和涂料等，虽然仅有几十年的发展，但由于聚 合物具有热塑性、高弹性、成膜性，耐磨、耐溶剂、气密性好等众多的性能优势，已经被广泛 应用于社会中的各个领域。然而聚合在实际应用中也存在着易燃烧老化，容易产生和积累 电荷，电荷无法有效释放等缺点。如何克服这些缺点，进一步提高聚合物材料的综合性能， 是各国科学家们始终在追求的目标。聚合物材料在现代社会中的使用已经越来越广泛，但其通常都有一个共同的缺 点，即导电性不好，聚苯乙烯系材料更是如此。解决苯乙烯类及其他聚合物材料使用过程 中因静电而带来的不利影响，主要的方法是加入导电组分或者提高环境湿度。目前常用的导电组分为碳黑、金属氧化物等，但这些填料的用量是非常高的，通常需要加入20%，甚至 40 %，才能在聚合物基体中形成导电网络，赋予基材导电性能。然而大量的碳黑和金属氧化 物粒子的加入必然带来一系列加工工艺的难题，并且最终将影响材料的机械性能和光学性 能等。然而碳纳米管因其自身导电能力强，且具有极高的长径比，为导电复合材料的研发和 应用带来了新的曙光。目前有关碳纳米管和聚苯乙烯复合材料的制备方法主要有聚合复合、溶液复合和 熔融复合三种。聚合复合就是在聚合物制备前期将碳纳米管随单体、引发剂等一并加入原 料体系中，在聚合的过程中完成聚合物对碳纳米管的包裹、复合。溶液复合法是指在溶液条 件下，将CNTs解缠绕并均勻分散在PS中。该方法得到的复合材料溶液通常可以直接进行 溶液浇铸或旋涂，挥发除去溶剂得到复合材料膜，或者在溶液中加入非溶剂，使复合材料沉 淀析出。熔融复合法近来研究得也较多，主要是在聚合物的粘流温度以上，将PS树脂熔体 和CNTs混合，利用剪切力使CNTs分散在PS基体中。但是碳纳米管独特的物理结构以及纳 米材料的各种效应，致使碳纳米管容易聚集缠结，难以有效分散。到目前为止各实验基本上 都是采用破坏碳管表面成键，或者借助表面活性剂、偶联剂等其他组分去实现碳管和聚合 物材料的复合，且结果仍与理论预测相去甚远。2005年7月20日公开的一篇申请号为200410021654. 9的中国专利(申请人为中 国科学院成都有机化学有限公司，专利技术人为于作龙、陈利、张伯兰、瞿美臻)，提出将碳纳米 管、聚合物以及表面活性剂或偶联剂等同时加入一种溶剂中，再通过机械搅拌和超声波作 用使其分散溶解制成复合材料。该法取得了一定的创新，但就其实施过程来看还存在以下 两处不足1)该碳管分散过程添加了表面活性剂或偶联剂等助分散试剂，最终在复合材料 中引入了杂质，必然对材料的力学性能、光学透明性等综合性能造成影响；2)聚合物溶解 后超声处理，超声波作用会对聚合物链造成损伤，甚至打断打碎，继而破坏聚合物材料本身 结构和性质。因此，探求一种纯净的、稳定分散的碳纳米管/聚合物复合体系，制备一种性能优 良的基于碳纳米管的复合材料的方法十分必要。
技术实现思路
为解决现有技术在制备碳纳米管/聚苯乙烯复合材料中所存在的不足，本专利技术提 供了一种碳纳米管在聚合物中稳定有效分散，且导电性能优良的聚苯乙烯/碳纳米管复合 材料的制备方法。本专利技术的上述目的，实现的技术方案是，其特征在于包括步骤I、用 特定溶剂配置一份溶质浓度在0. 1 4wt%的较低浓度聚苯乙烯溶液，并用该聚苯乙烯溶 液分散碳纳米管；II、根据复合材料所需配比，用相同溶剂配置另一份聚苯乙烯溶液，并将 两份溶液均勻混合JII、朝向混合溶液中加入与聚苯乙烯溶液中溶剂互溶，但对聚苯乙烯却 非溶剂的另一种溶剂；IV、过滤收集或烘干得到固体复合导电材料。进一步地，前述，其中步骤I 中采用较低浓度聚苯乙烯溶液分散的碳纳米管浓度为0. 1 3wt%，采用的方法为在无需 添加表面活性剂、偶联剂的条件下，仅使用机械外力将碳纳米管解缠绕。该些机械外力至少包括超声、球磨、研磨和搅拌所产生的分解力。进一步地，前述，其中步骤I 中所述用于配比聚苯乙烯溶液的特定溶剂包括N，N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基乙酰胺、 N-甲基-2-吡咯烷酮、四氢呋喃、苯、苯乙烯、甲苯、乙苯、二甲苯、异丙苯、二氯甲烷、二氯乙 烷、三氯甲烷、醋酸甲酯、醋酸乙酯、乙酸正丁酯、环己烷、丁酮和二硫化碳之一或其组合。进一步地，前述，其中步骤I 中所述聚苯乙烯还包括通过聚苯乙烯接枝、嵌段而成的高分子聚合物，至少包括高抗冲聚 苯乙烯HIPS、苯乙烯丙烯腈SAN、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯橡胶SBS、丁苯橡胶SB、丙烯 腈_ 丁二烯_苯乙烯树脂ABS和苯乙烯-乙烯-丁烯共聚物弹性体SEBS。进一步地，前述，其中步骤I 中所述用于分散的碳纳米管为采用化学气相沉积法、催化热解、电弧放电、模板法或激光蒸 发法之一的方法制备而成，且所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或纳米碳纤维 中的一种或几种。更进一步，该碳纳米管经化学工艺修饰有羧基本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳纳米管／聚苯乙烯复合导电材料的制作方法，其特征在于包括步骤： Ⅰ、用特定溶剂配置一份溶质浓度在０．１～４ｗｔ％的较低浓度聚苯乙烯溶液，并用该聚苯乙烯溶液分散碳纳米管； Ⅱ、根据复合材料所需配比，用相同溶剂配置另一份聚苯乙烯溶液，并将两份溶液均匀混合； Ⅲ、朝向混合溶液中加入与聚苯乙烯溶液中溶剂互溶，但对聚苯乙烯却非溶剂的另一种溶剂； Ⅳ、过滤收集或烘干得到固体复合导电材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周振平，孟凡成，李清文，陈名海，
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：32
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