CN101480858A - 碳纳米管复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种碳纳米管复合材料，包括高分子基体和碳纳米管，其中该碳纳米管以碳纳米管薄膜结构的形式设置于高分子基体中。一种碳纳米管复合材料的制造方法，其包括以下步骤：制备一高分子基体；制备一碳纳米管薄膜；将至少一碳纳米管薄膜设置于高分子基体的至少一个表面形成一碳纳米管薄膜结构，从而形成一碳纳米管复合材料预制体；加热该碳纳米管复合材料预制体，使碳纳米管薄膜结构与高分子基体复合，从而得到一碳纳米管复合材料。

Description

碳纳米管复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管复合材料及其制备方法，尤其涉及一种碳纳米管高分子复合材料及其制备方法。

背景技术

自1991年日本NEC公司的Iijima发现碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)以来(Iijima S.Helical Microtubules of Graphitic Carbon.Nature，1991，354：56-58)，碳纳米管引起了科学界及产业界的极大重视，成为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，如抗张强度高达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。

由于碳纳米管具有如此优异的性能，利用碳纳米管作为填充物与其它材料复合已成为碳纳米管应用的一个重要方向。特别地，碳纳米管与其他材料例如金属、半导体或者高分子等的复合可以实现材料的优势互补或加强。碳纳米管具有较大的长径比和中空的结构，具有优异的力学性能，可作为一种超级纤维，对复合材料起到增强作用。此外，碳纳米管具有优异的导热性能，可使该复合材料具有良好的热传导性。

现有技术多以粒子填充高分子的形式来制备碳纳米管复合材料，由于碳纳米管容易团聚，需先对碳纳米管进行表面改性和功能化处理，而后采用溶液或熔融的方法与高分子复合。现有技术中一种制备碳纳米管复合材料的方法包括以下步骤：(一)将0.3重量份的多壁碳纳米管投入到10重量份的浓硝酸中，在100℃下搅拌回流20小时，用蒸馏水洗去酸液，在90℃下真空干燥10小时。(二)将上述产物羧酸化碳纳米管加入到10重量份草酰氯中，在90℃下搅拌10小时，蒸除未反应的草酰氯，从而得到酰氯化的碳纳米管。(三)将酰氯化的碳纳米管放入冰浴中，在慢速搅拌下滴加10重量份的干燥乙二胺，在100℃下抽真空干燥10小时。(四)将上述酰胺化的碳纳米管加入到20重量份的乙醇溶剂中，超声波处理15分钟，加入2重量份环氧树脂，高速搅拌分散20分钟，蒸除溶剂，加热至60℃，按照环氧树脂的环氧基团与固化剂中胺基氢原子物质的摩尔比为1:1的比例加入固化剂苯二胺，并即将其分散均匀。(五)把复合体系倒入模具中，升温至80℃固化2小时，然后在150℃下固化两个小时，得到环氧树脂固化复合材料。

通过上述方法制备得到的碳纳米管复合材料中，碳纳米管随机分散于高分子中，该复合材料中的碳纳米管具有不完整的外层结构，且碳纳米管分布杂乱无章，没有共同的取向。

因此，上述碳纳米管复合材料及其制备方法存在以下缺点。第一，采用机械共混的方法混合碳纳米管与高分子，很难将碳纳米管均匀混和于高分子当中，因此在得到的碳纳米管复合材料中碳纳米管混合不均匀。第二，该方法需对碳纳米管进行表面修饰以便于碳纳米管在高分子中能够更好的分散，但是对碳纳米管的表面修饰会严重的破坏碳纳米管的完整结构，从而影响了碳纳米管复合材料的性能。第三，采用搅拌的方法分散碳纳米管，碳纳米管的排列是杂乱无章的，没有固定取向，使得碳纳米管在复合物中不能发挥其轴向优势，从而影响了碳纳米管复合材料的性能。第四，该方法需要添加溶剂，而所添加的溶剂很难除去，从而使得碳纳米管复合材料成分不纯。第五，该方法工艺复杂，成本较高。

有鉴于此，提供一种具有优良特性的碳纳米管复合材料及其制备方法十分必要，且该制备方法简单、易于实现、成本低廉。

发明内容

一种碳纳米管复合材料，包括碳纳米管和高分子基体，其中该碳纳米管以碳纳米管薄膜结构的形式设置于高分子基体中。

一种碳纳米管复合材料的制造方法，其包括以下步骤：制备一高分子基体；制备一碳纳米管薄膜；将至少一碳纳米管薄膜设置于高分子基体的至少一个表面形成一碳纳米管薄膜结构，从而形成一碳纳米管复合材料预制体；加热该碳纳米管复合材料预制体，使碳纳米管薄膜结构与高分子基体复合，从而得到一碳纳米管复合材料。

与现有技术相比，本技术方案提供的碳纳米管复合材料及其制备方法具有以下优点：第一，本技术方案采用碳纳米管薄膜结构自然渗入高分子材料当中，且碳纳米管薄膜结构中的碳纳米管的间隙中充满了高分子。因此，所述的碳纳米管复合材料中，碳纳米管分布规则、均匀，使得该复合材料具有优异的性能。第二，本技术方案提供的碳纳米管复合材料的制备方法无需对碳纳米管进行表面处理，不仅保证了碳纳米管在结构上的完整性，简化了制备过程，还降低了生产成本，并提高了所述复合材料的性能。第三，本技术方案提供的碳纳米管复合材料的制备方法采用将碳纳米管薄膜结构设于高分子材料表面后，对其加压、加热、真空处理，因此具有简单、容易实现、生产成本低的优点。

附图说明

图1为本技术方案实施例的碳纳米管复合材料的剖面图。

图2为图1中的碳纳米管薄膜结构的示意图。

图3为本技术方案实施例的碳纳米管复合材料的制备方法的流程图。

图4为本技术方案实施例的碳纳米管复合材料预制体的剖面图。

图5为本技术方案实施例制备碳纳米管复合材料的装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本技术方案作进一步的详细说明。

请参考图1，本技术方案实施例提供一种碳纳米管复合材料10，其包括高分子基体14与分布于该高分子基体14中的碳纳米管，该碳纳米管以碳纳米管薄膜结构12的形式分布于该高分子基体14中。

所述高分子基体14为一高分子薄膜。高分子基体14材料可选择为热固性高分子材料或热塑性高分子材料。本实施例中，热固性高分子材料包括酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚苯并恶嗪树脂、氰酸酯树脂、聚酰亚胺树脂和不饱和聚酰树脂中的一种或者几种的混合物。该热塑性高分子材料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯，聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚醚酮、聚砜、聚醚砜、热塑性聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚对苯撑苯并双恶唑的一种或者几种的混合物。

所述碳纳米管薄膜结构12由一个碳纳米管层或多个平行且重叠的碳纳米管层构成，该碳纳米管层由一个碳纳米管薄膜或多个平行且无间隙铺设的碳纳米管薄膜构成。该碳纳米管薄膜为择优取向排列的多个碳纳米管束首尾相连形成的具有一定宽度的薄膜，该碳纳米管薄膜中的碳纳米管束具有基本相同的排列方向。碳纳米管束之间通过范德华力紧密连接，该碳纳米管束长度基本相同，且包括多个具有基本相同的长度并相互平行的碳纳米管。该碳纳米管薄膜的厚度为0.01～100微米，其中的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或几种。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为单壁碳纳米管时，该单壁碳纳米管的直径为0.5～50纳米。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为双壁碳纳米管时，该双壁碳纳米管的直径为1.0～50纳米。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为多壁碳纳米管时，该多壁碳纳米管的直径为1.5～50纳米。所述碳纳米管层的面积不限，可根据实际需求制备。

当所述碳纳米管薄膜结构12由多个重叠的碳纳米管层构成时，多个碳纳米管层之间通过范德华力紧密连接形成一具有稳定结构的碳纳米管薄膜结构12。在由多个碳纳米管层组成的碳纳米管薄膜结构12中，相邻的碳纳米管层中的碳纳米管的排列方向形成一夹角α，且0°≤α≤90°。如图2所示，本实施例中提供的碳纳米管薄膜结构12由四个相互平行叠加的第一碳纳米管层122、第二碳纳米管层124、第三碳纳米管层126、第四碳纳米管层128组成，该碳纳米管薄膜结构12的厚度为0.04～400微米，该碳纳米管薄膜结构12中相邻碳纳米管层中的碳纳米管的排列方形成的夹角为90°。

在碳纳米管复合材料10中，碳纳米管薄膜结构12均匀设置于高分子基体14当中，高分子材料浸润到碳纳米管薄膜结构12中相邻的碳纳米管的间隙当中，高分子材料与碳纳米管薄膜结构12中的碳纳米管紧密结合在一起。

请参考图3，本技术方案还提供一种上述碳纳米管复合材料10的制备方法，其具体包括以下步骤：

步骤一：制备一高分子基体14，其为一高分子薄膜。

该高分子基体14可以采用溶液成膜、热熔刮涂、流延成膜、喷涂成膜的方法制备。

本实施例采用热熔刮涂的方法制备高分子基体14，其具体包括以下步骤：首先，将液态烯丙基苯酚置于一容器中，加热至90～180℃，使容器维持该温度并搅拌若干分钟。其次，将双马来酰亚胺粉末加入液态烯丙基苯酚中，双马来酰亚胺与烯丙基苯酚的质量比在60:5～60:70范围内，控制容器温度在110～160℃范围内，静置并使容器保持该温度，抽真空若干分钟充分排空溶液中的气体，得到一透明红褐色混合液体。再次，将上述双马来酰亚胺与稀丙基苯酚的混合液倒入一凹槽中，待混合液降温后得到一高分子基体14。所述高分子基体14的厚度及形状可以通过控制凹槽的深度与形状控制。

步骤二：制备一碳纳米管薄膜。

该碳纳米管薄膜的制备方法包括以下步骤：

首先，制备一碳纳米管阵列。

本实施例中，所述碳纳米管阵列为一超顺排碳纳米管阵列，该超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：(a)提供一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅基底，本实施例优选为采用4英寸的硅基底；(b)在基底表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的基底在700～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d)将处理过的基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500～740℃，然后通入碳源气体反应约5～30分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列，其高度为200～400微米。该超顺排碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。通过上述控制生长条件，该超顺排碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。该碳纳米管阵列中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。

本实施例中碳源气可选用乙炔、乙烯、甲烷等化学性质较活泼的碳氢化合物，本实施例优选的碳源气为乙炔；保护气体为氮气或惰性气体，本实施例优选的保护气体为氩气。

可以理解，本实施例提供的碳纳米管阵列不限于上述制备方法，还可以采用电弧放电法、激光蒸发沉积法。本实施例提供的碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列及多壁碳纳米管阵列中的一种。

其次，从上述碳纳米管阵列中拉取获得至少一碳纳米管薄膜。

该碳纳米管薄膜的制备具体包括以下步骤：(a)从上述碳纳米管阵列中选定一定宽度的多个碳纳米管束片断，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带接触碳纳米管阵列以选定一定宽度的多个碳纳米管束片断；(b)以一定速度沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向拉伸该多个碳纳米管束片断，以形成一连续的碳纳米管薄膜。

在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管束片断在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管束片断分别与其他碳纳米管片断首尾相连地连续地被拉出，从而形成一碳纳米管薄膜。该碳纳米管薄膜为择优取向排列的多个碳纳米管束首尾相连形成的具有一定宽度的碳纳米管薄膜。该碳纳米管薄膜中的碳纳米管束之间相互平行，碳纳米管束的排列方向基本平行于碳纳米管薄膜的拉伸方向。

本实施例中，该碳纳米管薄膜的宽度与碳纳米管阵列所生长的基底的尺寸有关，该碳纳米管薄膜的长度不限，可根据实际需求制得。该碳纳米管薄膜的厚度为0.01～100微米。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为单壁碳纳米管时，该单壁碳纳米管的直径为0.5～50纳米。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为双壁碳纳米管时，该双壁碳纳米管的直径为1.0～50纳米。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为多壁碳纳米管时，该多壁碳纳米管的直径为1.5～50纳米。

步骤三：将至少一碳纳米管薄膜设置于高分子基体14的至少一个表面形成一碳纳米管薄膜结构12，从而形成一碳纳米管复合材料预制体20。

可以理解，本实施例中，制备一碳纳米管复合材料预制体20的方法可以为：将至少一层上述碳纳米管薄膜直接铺设于该高分子基体14表面制备碳纳米管复合材料预制体20。也可以先采用至少一层上述碳纳米管薄膜制备形成一自支撑的碳纳米管薄膜结构12，再将该碳纳米管薄膜结构12设置于所述高分子基体14上形成一碳纳米管复合材料预制体20。

所述将至少一层上述碳纳米管薄膜直接铺设于该高分子基体14表面制备碳纳米管复合材料预制体20的方法具体包括以下步骤：提供一个高分子基体14；将至少一碳纳米管薄膜直接铺设于一高分子基体14表面，形成一碳纳米管薄膜结构12；去除高分子基体14以外多余的碳纳米管薄膜，得到一碳纳米管复合材料预制体20。

可以理解，本实施例中，可以将至少两个碳纳米管薄膜平行且无间隙铺设或/和重叠铺设于该高分子基体14表面，形成一碳纳米管薄膜结构12。所述碳纳米管薄膜结构12包括一碳纳米管层或至少两个平行且重叠铺设的碳纳米管层，相邻的两个碳纳米管层中的碳纳米管排列方向形成一夹角α，且0°≤α≤90°。本实施例中，相邻的两个碳纳米管层中的碳纳米管排列方向的夹角α优选为90度。

本实施例中，进一步可以将另一高分子基体14设置于该碳纳米管薄膜结构12上，形成一三明治结构的碳纳米管复合材料预制体。可以理解，本实施例中，还可以将多个碳纳米管薄膜结构12与多个高分子基体14交互叠加，形成一多层的碳纳米管复合材料预制体。如图4所示，优选地，碳纳米管复合材料预制体20为一个碳纳米管薄膜结构12铺设于一个高分子基体14上结构。

上述先采用至少一层碳纳米管薄膜制备形成一自支撑的碳纳米管薄膜结构12，再制备碳纳米管复合材料预制体10的方法具体包括以下步骤：提供一支撑体；将至少一个碳纳米管薄膜粘附于支撑体表面，去除支撑体外多余的碳纳米管薄膜；去除支撑体，形成一碳纳米管薄膜结构12；提供一高分子基体14，并将所述碳纳米管薄膜结构12与该高分子基体14叠加，即得到一碳纳米管复合材料预制体20。

上述支撑体可以为一基板，也可选用一框架结构。由于本实施例提供的超顺排碳纳米管阵列中的碳纳米管非常纯净，且碳纳米管本身的比表面积非常大，所以该碳纳米管薄膜具有较强的粘性，该碳纳米管薄膜可利用其本身的粘性直接粘附于基板或框架。碳纳米管薄膜黏附在基板或框架上，基板或框架以外多余的碳纳米管薄膜部分可以用小刀刮去。去除基板或框架，即得到一碳纳米管薄膜结构12。

本实施例中，该基板或框架的大小可依据实际需求确定。当基板或框架的宽度大于上述碳纳米管薄膜的宽度时，可以将至少两个碳纳米管薄膜平行且无间隙或/和重叠铺设于基板或框架上，形成一碳纳米管薄膜结构12。所述碳纳米管薄膜结构12包括一碳纳米管层或至少两个平行且重叠铺设的碳纳米管层，相邻的两个碳纳米管层中的碳纳米管排列方向形成一夹角α，且0°≤α≤90°。

本实施例中，进一步还可以包括用有机溶剂处理碳纳米管薄膜结构12的步骤，该有机溶剂为挥发性有机溶剂，可选用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等，本实施例中的有机溶剂采用乙醇。该使用有机溶剂处理的步骤可通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管薄膜结构12表面浸润整个碳纳米管薄膜结构12，或者，也可将上述形成有碳纳米管薄膜结构12的基板或固定框架整个浸入盛有有机溶剂的容器中浸润。待溶剂渗透至基板表面后，将碳纳米管薄膜结构12的一端用小刀翘起，从而可以将整个碳纳米管薄膜结构12从基板或固定框架表面取下。所述的碳纳米管薄膜结构12经有机溶剂浸润处理后，在挥发性有机溶剂的表面张力的作用下，碳纳米管薄膜中平行的碳纳米管片断会部分聚集成碳纳米管束。因此，该碳纳米管薄膜结构12表面体积比小，且具有良好的机械强度及韧性。

上述方法制备的碳纳米管复合材料预制体20中，相邻两个碳纳米管层中的碳纳米管之间存在多个微孔结构，该微孔结构均匀且规则分布于碳纳米管薄膜结构12中，其中微孔直径为1纳米～0.5微米。

步骤四：加热碳纳米管复合材料预制体20，将碳纳米管薄膜结构12与高分子基体14复合，从而得到一碳纳米管复合材料10。

如图5所示，该碳纳米管复合材料10的制备方法具体包括以下步骤：

首先，将至少一碳纳米管复合材料预制体20放置于一模具30中，闭合模具的上基板31与下基板33。该模具30在放置碳纳米管复合材料预制体20之前已经均匀涂抹了脱模剂，以便获得碳纳米管复合材料10后可以顺利脱模，该模具30侧壁设有流胶槽35，以便多余的液态高分子流出。所用脱模剂根据高分子的类别不同而不同，该脱模剂包括高温脱模剂、有机硅型脱模剂、蜡类脱模剂或者硅氧烷型脱模剂。

可以理解，本实施例中，也可以将多个碳纳米管复合材料预制体20叠加或平行放置于该模具30中。

其次，加热该模具30，使高分子基体14变为液态浸润到碳纳米管薄膜结构12中的碳纳米管间隙当中。先将该模具30放入加热装置40中，将低于100Mpa的压力作用于模具30的上基板31，对模具30中的复合材料预制体20加压。然后，使加热装置40升温至100～150℃，再对模具30抽真空，使其绝对真空度低于-0.01Mpa，并维持该状态1-5小时。完成液态高分子基体14与碳纳米管薄膜结构12的复合后，停止抽真空。所述加热装置40可为加热板、热压机、平板硫化机、热压罐或者烘箱。高分子基体14在100～150℃时为液态，在该温度下液态高分子基体14的粘度很低。对模具30加压，液态高分子基体14在压力的作用下能够很好的浸润到碳纳米管薄膜结构12中的碳纳米管间隙当中，多余的液态高分子会从流胶槽35中流出。对加热装置40抽真空，使其绝对真空度低于-0.01Mpa，碳纳米管薄膜结构12中的碳纳米管间隙中的空气被抽出，使得到的碳纳米管复合材料10中不存在空气，并且该碳纳米管复合材料10不存在结构缺陷。

最后，使高分子基体14固化成型，待加热装置40降温后，将模具30从加热装置40中取出，脱模可得碳纳米管复合材料10。

本实施例中，使得高分子基体14固化成型的方法依据高分子基体14材料的不同而不同。

当高分子基体14材料为热固性高分子时，高分子基体14的固化又进一步包括一升温的过程。升温过快会导致热固性高分子爆聚，从而影响材料性能，故，热固性液态高分子的固化需要逐步升温的步骤。首先，使加热装置40继续升温至150～180℃，在该温度下高分子基体14为凝胶状，维持该温度2～4小时，使得高分子基体14继续吸热以增加其固化度。其次，继续升温至180～200℃，在该温度下高分子基体14为固态，维持该温度1～5小时，使得高分子基体14继续吸热以增加其固化度。再次，继续升温至200～230℃，维持该温度2～20小时，使得高分子基体14继续吸热以增加其固化度。最后，将加热装置40降温后，将模具30从加热装置40中取出，脱模可得碳纳米管复合材料10。

当高分子基体14材料为热塑性高分子时，高分子基体14的固化无需进一步升温，只需将加热装置40降温后，将模具30从加热装置40中取出，脱模可得碳纳米管复合材料10。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (26)

1.一种碳纳米管复合材料，包括碳纳米管和高分子基体，其特征在于，所述的碳纳米管以碳纳米管薄膜结构的形式设置于高分子基体中。

2.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述的高分子基体为热固性高分子基体，该热固性高分子基体的材料为酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚苯并恶嗪树脂、氰酸酯树脂、聚酰亚胺树脂和不饱和聚酰树脂中的一种或者几种的混合物。

3.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述的高分子基体为热塑性高分子基体，该热塑性高分子基体的材料为聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚酰胺、聚醚酮、聚砜、聚醚砜、热塑性聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚对苯撑苯并双恶唑的一种或者几种的混合物。

4.如权力要求1所述的碳纳米管复合材料，其热征在于，所述的高分子基体浸润到碳纳米管薄膜结构中相邻的碳纳米管的间隙中。

5.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜结构包括一个碳纳米管层或重叠的多个碳纳米管层，每个碳纳米管层中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。

6.如权利要求5所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述的碳纳米管层包括一碳纳米管薄膜或平行且无间隙铺设的多个碳纳米管薄膜。

7.如权利要求6所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜的厚度为0.01～100微米。

8.如权利要求6所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜包括多个首尾相连且择优取向排列的碳纳米管束，相邻碳纳米管束之间通过范德华力相互连接。

9.如权力要求8所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述的碳纳米管束包括多个具有相同长度且平行排列的碳纳米管。

10.如权利要求9所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的一种。

11.如权利要求10所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，所述单壁碳纳米管的直径为0.5～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0～50纳米，所述多 壁碳纳米管的直径为1.5～50纳米。

12.如权利要求5所述的碳纳米管复合材料，其特征在于，相邻的碳纳米管层中碳纳米管的排列方向形成一夹角α，且0°≤α≤90°。

13.一种如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

制备一高分子基体；

制备一碳纳米管薄膜；

将至少一碳纳米管薄膜设于高分子基体的至少一个表面形成一碳纳米管薄膜结构，从而形成一碳纳米管复合材料预制体；以及，

加热该碳纳米管复合材料预制体，使碳纳米管薄膜结构与高分子基体复合，从而得到一碳纳米管复合材料。

14.如权利要求13所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述的高分子基体为一高分子薄膜，该高分子基体的制备方法包括溶液成膜法、热熔刮涂法、流延成膜法或喷涂成膜法中的一种。

15.如权利要求13所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜的制备方法包括以下步骤：

制备一碳纳米管阵列；以及，

从上述碳纳米管阵列中选定一定宽度的多个碳纳米管片断，沿垂直于碳纳米管阵列生长方向拉伸该多个碳纳米管片断，形成一连续的碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜中碳纳米管的排列方向平行于碳纳米管薄膜的拉伸方向。

16.如权利要求13所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述形成一碳纳米管复合材料预制体的步骤具体包括以下步骤：将至少一碳纳米管薄膜直接铺设于一高分子基体表面；去除高分子基体以外多余的碳纳米管薄膜，形成一碳纳米管薄膜结构，从而得到一碳纳米管复合材料预制体。

17.如权利要求16所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述形成一碳纳米管复合材料预制体的步骤进一步包括将至少两个碳纳米管薄膜平行且无间隙铺设或/和重叠铺设于该高分子基体上的步骤。

18.如权利要求13所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述形成一碳纳米管复合材料预制体的步骤具体包括以下步骤：提供一支撑体；将至少一个碳纳米管薄膜粘附于支撑体表面，去除支撑体外多余的碳纳米管薄膜；去除支撑体，形成一碳纳米管薄膜结构；将该碳纳米管薄膜结构与所述高分子基体叠加，得到一碳纳米管复合材料预制体。

19.如权利要求18所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述形成一碳纳米管复合材料预制体的步骤进一步包括将至少两个碳纳米管薄膜平行且无间隙铺设或/和重叠铺设于该支撑体表面的步骤。

20.如权利要求13所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管薄膜结构的制备步骤进一步包括使用有机溶剂处理该碳纳米管薄膜结构的步骤。

21.如权利要求20所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一种或者几种的混合物。

22.如权利要求20所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述的使用有机溶剂处理碳纳米管薄膜结构的步骤包括通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管薄膜结构表面浸润整个碳纳米管薄膜结构或者将整个碳纳米管薄膜结构浸到盛有有机溶剂的容器中浸润。

23.如权利要求13所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述的将碳纳米管薄膜结构与高分子基体复合的步骤具体包括以下步骤：

将至少一碳纳米管复合材料预制体放置于一模具中；

将该模具放置于一加热装置中，对该模具施加小于100Mpa的压力，加热升温使该模具的温度低于400℃，然后对加热装置抽真空，使模具的相对真空度低于-0.01Mpa，使高分子基体变为液态从而与碳纳米管薄膜结构复合至少10分钟；以及，

固化液态高分子后，脱模。

24.如权利要求23所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述的加热装置包括加热板、热压机、平板硫化机、热压罐或者烘箱。

25.如权利要求23所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述的固化热塑性高分子的步骤为降温固化高分子。

26.如权利要求23所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述的固化热固性高分子的步骤为逐步阶梯升温固化高分子，并降温该高分子。

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