CN102040213A - 碳纳米管复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纳米管复合材料的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管；提供一反应溶液，并采用该反应溶液浸润所述碳纳米管结构，该反应溶液溶解有至少一种金属化合物；以及在一无氧气氛中，热处理经所述反应溶液浸润后的碳纳米管结构，使该反应溶液中的金属化合物发生分解反应。由上述方法制备的碳纳米管复合材料具有良好的拉伸强度及杨氏模量。

Description

碳纳米管复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备方法，尤其涉及一种碳纳米管复合材料的制备方法。

背景技术

自九十年代初以来，以碳纳米管为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。

特别地，碳纳米管与其他材料例如金属、半导体或者聚合物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、电学性能、光学性能等，其在复合材料中，可以对复合材料起到增强作用，使得复合材料具有较好的化学和机械性能。碳纳米管复合材料的研究已经成为一个极为重要的领域。

碳纳米管复合材料的制备方法通常有原位聚合法、溶液共混法和熔体共混法。上述三种制备方法是通过将多个碳纳米管分散到溶液或熔融物中来制备碳纳米管复合材料的，由于碳纳米管具有极大的比表面积，导致其在溶液或熔融物中易团聚，使得制备的碳纳米管复合材料中的碳纳米管分散不均匀，影响该碳纳米管复合材料的性能的充分发挥。

另外，刘志敏等人于2007年4月25日公告的、公告号为CN1312032C，标题为“一种制备金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料的方法”的中国专利中揭示了一种制备金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料的方法。该方法主要包括以下步骤：“每毫升离子液体中加入1-20毫克的金属化合物，再按每毫升离子液体加入1-10毫克的比例将碳纳米管分散在离子液体中形成分散体系，80-120W微波加热1-5分钟，得到金属或金属氧化物/碳纳米管复合材料；其中金属化合物为易发生热化学反应的金属化合物；离子液体为能溶解金属化合物和稳定分散碳纳米管的、阳离子为四甲基胍的离子液体。”该制备方法虽然在一定程度可以改善碳纳米管分散不均匀的现象，但由于其仍然采用分散的碳纳米管作为原料形成悬浮液，因此在发生热化学反应的过程中，其中的碳纳米管仍然会存在团聚的现象；另外，由于该制备方法中的离子液体还具有稳定分散碳纳米管的作用，因此所述的离子液体需要特定的介质。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种可以避免碳纳米管团聚的碳纳米管复合材料的制备方法。

一种碳纳米管复合材料的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管；提供一反应溶液，并采用该反应溶液浸润所述碳纳米管结构，该反应溶液溶解有至少一种金属化合物；以及在一无氧气氛中，热处理经所述反应溶液浸润后的碳纳米管结构，使该反应溶液中的金属化合物发生分解反应。

与现有技术相比较，本发明提供的碳纳米管复合材料的制备方法采用碳纳米管结构而非分散的碳纳米管，该制备方法无需经过碳纳米管的分散，避免了在制备碳纳米管复合材料过程中碳纳米管难以分散的问题，方法简单。

附图说明

图1为本发明中作为碳纳米管结构的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图2为本发明第一实施例提供的碳纳米管铂金属复合膜的透射电子显微镜照片。

图3为本发明第一实施例提供的碳纳米管铂金属复合膜的结构示意图。

图4为本发明第二实施例提供的碳纳米管四氧化三钴复合膜的透射电子显微镜照片。

图5为本发明第二实施例提供的碳纳米管四氧化三钴复合膜的结构示意图。

图6为本发明第三实施例提供的碳纳米管二氧化三铁复合线状结构的低倍扫描电镜照片。

图7为本发明第三实施例提供的碳纳米管二氧化三铁复合线状结构的高倍扫描电镜照片。

图8为本发明第三实施例提供的碳纳米管二氧化三铁复合线状结构的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明碳纳米管复合材料的制备方法作进一步的详细说明。

本发明提供一种碳纳米管复合材料的制备方法。该碳纳米管复合材料的制备方法包括以下步骤：(S11)提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管；(S12)提供一反应溶液，并采用该反应溶液浸润所述碳纳米管结构，该反应溶液溶解有至少一种金属化合物；(S13)在一无氧气氛中，热处理经所述反应溶液浸润后的碳纳米管结构，使该反应溶液中的金属化合物发生分解反应。

在步骤(S11)中，所述碳纳米管结构包括多个通过范德华力相互连接的碳纳米管，且具有自支撑结构。其中，该多个碳纳米管均匀分布于所述碳纳米管结构中。所谓“自支撑结构”即该碳纳米管结构无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜，至少一碳纳米管线状结构或其组合。当所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管膜时，该碳纳米管膜可以共面设置或层叠设置。当所述碳纳米管结构仅包括一碳纳米管线状结构时，该碳纳米管线状结构可以折叠或缠绕成一层状碳纳米管结构。当所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管线状结构时，该多个碳纳米管线状结构可以平行设置、交叉设置或编织成一层状碳纳米管结构。当所述碳纳米管结构包括碳纳米管膜及碳纳米管线状结构时，可以将碳纳米管线状结构设置于碳纳米管膜的至少一表面。由于该碳纳米管结构中的碳纳米管具有很好的柔韧性，使得该碳纳米管结构具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不易破裂。

所述碳纳米管膜包括均匀分布的多个碳纳米管，该多个碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。该碳纳米管膜中的碳纳米管为无序或有序排列。所谓无序是指碳纳米管的排列方向无规则。所谓有序是指碳纳米管的排列方向有规则。具体地，当碳纳米管结构包括无序排列的碳纳米管时，碳纳米管相互缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管结构包括有序排列的碳纳米管时，碳纳米管沿一个方向或者多个方向择优取向排列。所述碳纳米管膜包括碳纳米管拉膜、碳纳米管碾压膜或碳纳米管絮化膜。

该碳纳米管结构中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。所述碳纳米管的长度大于50微米。优选地，该碳纳米管的长度优选为200微米～900微米。

请参阅图1，所述碳纳米管拉膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管基本沿同一方向择优取向排列，且基本平行于该碳纳米管拉膜的表面。具体地，所述碳纳米管拉膜包括多个通过范德华力首尾相连且基本沿同一方向择优取向排列的碳纳米管。所述碳纳米管拉膜可通过从碳纳米管阵列直接拉取获得。可以理解，通过将多个碳纳米管拉膜平行且无间隙铺设或/和层叠铺设，可以制备不同面积与厚度的碳纳米管结构。当碳纳米管结构包括多个层叠设置的碳纳米管拉膜时，相邻的碳纳米管拉膜中的碳纳米管的排列方向形成一夹角α，0°≤α≤90°。碳纳米管拉膜中的相邻的碳纳米管之间具有一定间隙，从而在碳纳米管结构中形成多个微孔，微孔的孔径约小于10微米。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，2008年8月13日公开的，公开号为101239712A的中国公开专利申请。

所述碳纳米管碾压膜包括均匀分布的多个碳纳米管。所述多个碳纳米管无序，沿同一方向或不同方向择优取向排列。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管相互部分交叠，并通过范德华力相互吸引，紧密结合。所述碳纳米管碾压膜中的相邻的碳纳米管之间具有一定间隙，从而在碳纳米管碾压膜中形成多个微孔，微孔的孔径约小于10微米。所述碳纳米管碾压膜可通过碾压一碳纳米管阵列获得。该碳纳米管阵列形成在一基底表面，所制备的碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与该碳纳米管阵列的基底的表面成一夹角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度(0≤β≤15°)。优选地，所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于所述碳纳米管碾压膜的表面。依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。由于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾压膜为一自支撑的结构，可无需基底支撑，自支撑存在。所谓自支撑结构即所述碳纳米管碾压膜中的多个碳纳米管间通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管碾压膜具有特定的形状。所述碳纳米管碾压膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年6月1日申请的，2008年12月3日公开的，公开号为CN101314464A的中国公开专利申请。

所述碳纳米管絮化膜包括相互缠绕的碳纳米管，该碳纳米管长度可大于10厘米。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构。所述碳纳米管絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管为均匀分布，无规则排列，形成大量的微孔结构，微孔孔径为1纳米～10微米。可以理解，所述碳纳米管絮化膜的长度、宽度和厚度不限，可根据实际需要选择。所述碳纳米管絮化膜及其制备方法请参见范守善等人于2007年4月13日申请的，2008年10月15日公开的，公开号为CN101284662A的中国公开专利申请。

所述碳纳米管线状结构包括至少一个碳纳米管线，该碳纳米管线可为一非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。所述碳纳米管线状结构包括多个碳纳米管线时，该碳纳米管线状结构可以为由多个碳纳米管线平行设置组成的一束状结构或由多个碳纳米管线相互扭转组成的一绞线结构。另外，所述碳纳米管线中相邻碳纳米管间存在间隙，故该碳纳米管线具有大量微孔，且微孔的孔径约小于10微米。

所述非扭转的碳纳米管线可包括多个沿该非扭转的碳纳米管线长度方向排列的碳纳米管。非扭转的碳纳米管线可通过将碳纳米管拉膜通过有机溶剂处理得到。具体地，该碳纳米管拉膜包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米-1毫米。具体地，可将有机溶剂浸润所述碳纳米管拉膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管拉膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管拉膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。通过有机溶剂处理的非扭转碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。

所述扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。该碳纳米管线可采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。

所述碳纳米管线及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，2008年8月20日公告的，公告号为CN100411979C的中国专利；以及于2005年12月16日申请的，2009年6月17日公告的，公告号为CN100500556C的中国专利。

所述步骤S12具体包括以下步骤：(S121)：提供一反应溶液，该反应溶液溶解有至少一种金属化合物；以及(S122)采用所述反应溶液浸润所述碳纳米管结构，使该反应溶液渗透到所述碳纳米管结构中。

所述步骤(S121)中的反应溶液是通过将所述至少一金属化合物溶解到一介质溶剂中而形成的。所述金属化合物包括有机金属盐、无机金属盐或金属配合物。所述有机金属盐含有一有机物基团，该有机物基团与碳纳米管有较好的亲和力，可以使得该有机金属盐较好地与碳纳米管结合。所述无机金属盐包括硝酸锰、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜、硝酸锌、醋酸铜、醋酸镍、醋酸钴、醋酸锌、硝酸银、氯化铂、氯化铑、二氯化锡、四氯化锡、水溶性三氯化钌或氯化钯。所述金属配合物主要包括铂、金、铑、钌或钯等金属的配合物，如氯铂酸(H₂PtCl₆·H₂O)、氯金酸(AuCl₃·HCl·4H₂O)等。

所述介质溶剂为水及有机溶剂中的一种或几种。其中，由于有机溶剂与碳纳米管的亲和力较大，其可以促使所述反应溶液渗透到所述碳纳米管结构中。此外，所述有机溶剂还可以减少碳纳米管结构的比表面积，使得碳纳米管结构中的碳纳米管排列更紧密。另外，由于本发明提供的碳纳米管结构中的碳纳米管通过范德华力紧密作用在一起形成一特定形状，而不是分散的碳纳米管，所以该制备方法不需要特定的有机溶剂，只要该有机溶剂能够较好地促使所述金属化合物与碳纳米管结合即可。所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇、丙酮及四氢呋喃中的一种或其任意组合。

步骤(S122)的实现方法包括将所述碳纳米管结构置于所述反应溶液中浸泡一段时间，或将所述反应溶液滴于所述碳纳米管结构的表面。

由于所述碳纳米管结构中具有微孔，该微孔具有毛细作用；在毛细作用的作用下，所述反应溶液通过所述微孔渗透到该碳纳米管结构中，使得该碳纳米管结构中的相邻的碳纳米管之间也渗透有所述反应溶液。由于所述反应溶液具有流动性，即使碳纳米管结构中的微孔比较小，也可以渗透到碳纳米管结构中；而采用蒸镀、溅镀等方法则较难使所述待制备的物质渗透到碳纳米管结构中较小的微孔中。故，在该步骤中，所述反应溶液会渗透到所述碳纳米管结构中的微孔中。

将所述碳纳米管结构浸泡于所述反应溶液中一段时间后，再从所述反应溶液中取出；或将所述反应溶液滴于所述碳纳米管结构的表面，可以使得渗透于该碳纳米管结构中的反应溶液充分暴露于周围气氛中，促进反应溶液中的介质溶液的挥发，所述介质溶液的挥发有利于缩短该渗透有反应溶液的碳纳米管结构的后续处理时间。另外，取出碳纳米管结构后，剩余的反应溶液可以重复利用，可以多次浸泡所述碳纳米管结构；从而可以提高所述反应溶液的利用率，进而降低制备所述碳纳米管复合材料的成本。

另外，由于所述碳纳米管结构具有自支撑的特性，而非分散的碳纳米管，所以，所述碳纳米管结构在所述反应溶液的加入量可以不受碳纳米管分散问题的限制；进而可以提高所述所述碳纳米管复合材料的产率。

所述步骤(S13)在无氧气氛下，热处理经所述反应溶液浸润后的碳纳米管结构，使该反应溶液中的金属化合物发生分解反应。由于所述碳纳米管结构具有自支撑结构，其在该热处理过程中可以维持其自身的特定形状。

所述无氧气氛可以减少或防止碳纳米管结构中的碳纳米管的氧化，该无氧气氛包括真空、氮气、惰性气体或还原性气体的气氛。所述还原性气体为氢气、一氧化碳或硫化氢气体。热处理的温度根据金属盐的不同而不同。热处理的温度一般是所述反应溶液中的金属化合物发生分解的温度。该热处理的温度一般小于或等于450℃。所述热处理的方法包括高温炉直接加热、电流加热或激光照射加热等方法。

根据所采用的金属化合物、所用的无氧气体及所发生的反应的不同，所得到的碳纳米管复合材料也不同。具体地，当所述金属化合物为硝酸锰、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜、硝酸锌时，在真空、氮气或惰性气体的气氛下，加热处理经过含有上述金属化合物的反应溶液处理后的碳纳米管结构，上述金属化合物发生分解反应，其沿着所述碳纳米管结构中的碳纳米管的表面被分解成纳米金属氧化物，故得到碳纳米管金属氧化物复合材料。当上述金属盐在还原性气体的作用下，先发生分解反应得到金属氧化物，然后金属氧化物再被还原性气体还原成金属单质，该金属单质形成于所述碳纳米管结构中的碳纳米管的表面，得到碳纳米管金属复合材料。当所述金属化合物为醋酸铜、醋酸镍、醋酸钴、醋酸锌、硝酸银、氯化铂、氯化铑、二氯化锡、四氯化锡、水溶性三氯化钌、氯化钯、氯铂酸或氯金酸时，在真空、氮气、惰性气体或还原性气体中，加热处理经过含有上述金属化合物的反应溶液浸润过的碳纳米管结构，上述金属化合物发生分解反应直接沿所述碳纳米管结构中的碳纳米管的表面生成纳米金属单质，从而得到碳纳米管金属复合材料。

当碳纳米管结构为碳纳米管膜时，采用上述方法可以直接制备得到碳纳米管复合膜。对该碳纳米管复合膜进行扭转或激光切割处理可以得到碳纳米管复合线状结构。

本发明制备的碳纳米管复合材料包括至少一碳纳米管结构，该至少一碳纳米管结构包括多个碳纳米管，每个碳纳米管的表面分布有金属纳米颗粒或金属氧化物颗粒，相邻的碳纳米管之间也分布有所述金属纳米颗粒或金属氧化物颗粒，并通过该金属纳米颗粒或金属氧化物颗粒紧密作用在一起。当所使用的金属化合物的浓度较高时，由上述方法制备的碳纳米管复合材料中的金属纳米颗粒或金属氧化物颗粒形成一金属层，包覆于每一个碳纳米管的表面。当所使用的金属化合物的浓度较低时，由上述方法制备的碳纳米管复合材料中的金属纳米颗粒或金属氧化物颗粒间隔分布于每一个碳纳米管的表面。由于金属、金属氧化物及碳纳米管均具有较大的杨氏模量及拉伸强度，故，所述碳纳米管复合材料具有良好的拉伸强度及杨氏模量，其相较于所述自支撑的碳纳米管结构也具有较好的拉伸强度及杨氏模量。另外，由于金属还具有良好的导电性，因此碳纳米管金属复合材料还具有较好的导电性。

可以理解，在制备所述碳纳米管复合材料的过程中，当所述反应溶液中包括两种或两种以上的金属盐或配合物时，由本发明提供的制备方法制备的碳纳米管复材料中包括两种或两种以上的纳米颗粒，该纳米颗粒在碳纳米管复合材料中的分布形式与上述碳纳米管金属复合材料中的金属纳米颗粒的分布形式相同；该纳米颗粒包括金属纳米颗粒、金属氧化物颗粒或两者的组合。

以下为本发明采用上述方法制备碳纳米管复合材料的具体实施例：

实施例1

请参阅图2至图3，本发明第一实施例提供一种碳纳米管铂金属复合膜100的制备方法，具体包括以下步骤：

(S101)提供一碳纳米管结构110，该碳纳米管结构110包括6层层叠设置的碳纳米管拉膜，其中，相邻两层碳纳米管拉膜中的择优取向排列的碳纳米管之间形成的交叉角度为90°。所述碳纳米管结构110设置于一金属环上。

(S102)采用一氯铂酸溶液浸润所述碳纳米管结构110，使该氯铂酸溶液分散到所述碳纳米管结构110中。具体地，将一定氯铂酸(H₂PtCl₆·H₂O)溶于甲醇中，得到质量百分数为2％的氯铂酸溶液；然后将该质量百分数为2％的氯铂酸溶液滴到所述碳纳米管结构110的表面。

(S103)在氮气的作用下，将所述经过氯铂酸溶液处理后的碳纳米管结构110置于加热炉中，高温加热至300℃，使该氯铂酸发生氧化还原反应，生成铂纳米颗粒120，即制得碳纳米管铂金属复合膜100。所述铂纳米颗粒120连成一片分布于所述碳纳米管结构110中的每个碳纳米管112的表面，相邻的碳纳米管112之间分布有所述铂金属纳米颗粒120，并通过该铂金属纳米颗粒120紧密作用在一起。由于铂金属具有良好的导电性能，故该碳纳米管铂金属复合膜100具有良好的导电性能。

可以理解，本实施例中的碳纳米管铂金属复合膜100经过激光切割或扭转处理之后，形成碳纳米管铂金属复合线状结构。

实施例2

请参阅图4至图5，本发明第二实施例提供一种碳纳米管四氧化物三钴复合膜200的制备方法。所述碳纳米管四氧化物三钴复合膜200的制备方法与本发明第一实施例中碳纳米管铂复合膜100的制备方法基本相同，其区别在于，本实施例中，采用的金属化合物为硝酸钴。

本实施例具体包括以下步骤：

(S201)提供一碳纳米管结构210，该碳纳米管结构210包括20层层叠设置的碳纳米管拉膜，其中，相邻两层碳纳米管拉膜中的择优取向排列的碳纳米管之间形成的交叉角度为90°。所述碳纳米管结构210设置于一金属环上。

(S202)采用一硝酸钴溶液浸润所述碳纳米管结构210，使该硝酸钴溶液分散到所述碳纳米管结构210中。具体地，将一定的六水合硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)溶于甲醇溶剂中，得到质量分数为20％的硝酸钴溶液；然后将该质量百分数为20％的硝酸钴溶液滴到所述碳纳米管结构210的表面。

(S203)在氢气的作用下，将所述经过硝酸钴溶液浸润后的碳纳米管结构210置于加热炉中，高温加热至300℃，使硝酸钴发生分解反应，生成四氧化三钴纳米颗粒220，即制得碳纳米管四氧化三钴复合膜200。所述碳纳米管结构210中的每个碳纳米管212的表面分布有所述四氧化三钴纳米颗粒220，相邻的碳纳米管212之间也分布有所述四氧化三钴纳米颗粒220，并通过该四氧化三钴纳米颗粒220紧密作用在一起。

可以理解，本实施例中的碳纳米管四氧化三钴复合膜200经过激光切割或扭转处理之后，形成碳纳米管四氧化三钴复合线状结构。

实施例3

请参阅图6至图8，本发明第三实施例提供一种碳纳米管二氧化三铁复合线状结构300。该碳纳米管二氧化三铁复合线状结构300具体包括以下步骤：

(S301)提供一碳纳米管结构310，该碳纳米管结构310为一碳纳米管线状结构。该碳纳米管线状结构为一扭转的碳纳米管线。

(S302)采用一硝酸铁溶液处理所述碳纳米管结构310，使该硝酸铁溶液分散到所述碳纳米管结构310中。具体地，将一定的硝酸铁溶于甲醇溶剂中，得到质量分数为20％的硝酸铁溶液；其次将所述碳纳米管结构310置于所述质量百分数为20％的硝酸铁溶液中浸泡大约20分钟，使得硝酸铁溶液尽量均匀的分散到所述碳纳米管结构310中；然后从所述硝酸铁溶液中取出经过该硝酸铁溶液浸泡过的碳纳米管结构。

(S303)在氩气的作用下，将所述经过硝酸铁溶液浸润后的碳纳米管结构310置于加热炉中，高温加热至300℃，使硝酸铁发生分解反应，生成二氧化三铁纳米颗粒320，即制得碳纳米管二氧化三铁复合线状结构300。所述二氧化三铁纳米颗粒320形成一层状，包覆于所述碳纳米管结构310中的每个碳纳米管312的表面，相邻的碳纳米管312之间也分布有所述二氧化三铁纳米颗粒320，并通过该二氧化三铁纳米颗粒320紧密作用在一起。

本发明提供的碳纳米管复合材料的制备方法具有以下优点：第一，该制备方法所采用的碳纳米管结构具有自支撑的特点，其中的碳纳米管紧密作用在一起形成一特定形状，无需将碳纳米管分散到基体溶液中，避免了在制备碳纳米管复合材料中的碳纳米管的团聚，方法简单。第二，该制备方法采用的碳纳米管结构具有自支撑的特点，其不需要特殊的介质溶解所述金属化合物，采用常见的介质即可，因此，该方法成本较低。第三，由于该碳纳米管复合材料的制备方法采用具有自支撑特性的碳纳米管结构，其在制备该碳纳米管复合材料的过程中，可以维持其自身的特定形状，所以该方法制备的碳纳米管复合材料也具有自支撑的特点，可以广泛应用于各种领域。第四，由于所述碳纳米管结构具有自支撑的特性，而非分散的碳纳米管，所以，所述碳纳米管结构在所述反应溶液的加入量可以不受碳纳米管分散问题的限制；进而可以提高所述所述碳纳米管复合材料的产率。第五，由该方法制备的碳纳米管复合材料包括碳纳米管结构及纳米颗粒，由于碳纳米管及纳米颗粒具有良好的拉伸强度及杨氏模量，故该碳纳米管复合材料具有良好的拉伸强度及杨氏模量，其相较于所述自支撑的碳纳米管结构也具有较好的拉伸强度及杨氏模量。第六，当所述纳米颗粒为金属纳米颗粒时，由于金属具有良好的导电性，因此包括碳纳米管结构及金属纳米颗粒的碳纳米管复合材料比纯的碳纳米管结构具有更好的导电性能。

另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，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内。

Claims (14)

1.一种碳纳米管复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管；

提供一反应溶液，并采用该反应溶液浸润所述碳纳米管结构，该反应溶液溶解有至少一种金属化合物；以及

在一无氧气氛中，热处理经所述反应溶液浸润后的碳纳米管结构，使该反应溶液中的金属化合物发生分解反应。

2.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构中的碳纳米管均匀分布于该碳纳米管结构中。

3.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其复合。

4.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且基本沿同一方向择优取向排列。

5.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构中的多个碳纳米管通过范德华力相互作用组成一自支撑结构。

6.如权利要求5所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构在所述反应溶液中维持其自身特定形状。

7.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属化合物为硝酸锰、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜、硝酸锌、醋酸铜、醋酸镍、醋酸钴、醋酸锌、硝酸银、氯化铂、氯化铑、二氯化锡、四氯化锡、水溶性三氯化钌、氯化钯、氯铂酸或氯金酸。

8.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述采用反应溶液浸润所述碳纳米管结构的步骤包括使所述碳纳米管结构浸泡于该反应溶液中或将该反应溶液滴于所述碳纳米管结构的表面。

9.如权利要求8所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，在使所述碳纳米管结构浸泡于该反应溶液中的步骤之后，进一步包括从所述反应溶液中取出经所述反应溶液浸润后的碳纳米管结构的步骤。

10.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述无氧气氛为真空、氮气、惰性气体或还原性气体的气氛。

11.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度小于或等于450℃。

12.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述热处理的方法包括高温炉直接加热法、电流加热法或激光照射加热法。

13.如权利要求1所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构具有多个微孔，所述反应溶液渗透到该多个微孔中。

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，所述金属化合物发生分解反应后的产物颗粒填充于所述多个微孔中。

Images