CN106477564A - 多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料及制备方法 - Google Patents

多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料及其制备方法，该复合材料包括碳纳米管结构体以及作为所述碳纳米管结构体的载体的多层石墨烯量子碳基膜，所述碳纳米管结构体包括至少一张碳纳米管膜，所述碳纳米管膜由复数的碳纳米管排列形成，至少部分的碳纳米管之间通过分子间作用力进行端与端连接，形成复数的微孔。与现有技术相比，本发明多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料具有优良的导电性、坚韧性及透光性。

Description

多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及多层石墨烯量子碳基半导体材料领域，特别是一种多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料及其制备方法。
背景技术
碳纳米管具有重量轻、六边形结构连接完美的特点，其体积更小，传导性更强，能支持快速开关，其性能和能耗都好于传统的硅材料。碳纳米管结构由单个原子层卷起形成，相当于人类头发宽度的千分之一。
多层石墨烯量子碳基半导体材料，是通过高分子烧结法进行杂化、注入过渡金属、纳米粒子形成并实现多层石墨烯量子碳基半导体材料带隙的开启与调控，挖掘出优异的物理性能，制备的高性能场效应晶体管(TFT)量子碳基多层石墨烯，具有2层至50层量子半导体可控高质量石墨烯结构，六角形排列的网状面结构的碳原子呈层状聚集结构。石墨烯薄膜的一种制备方法参见中国专利文献申请号201610125008.X，一种用于制作石墨烯薄膜的聚酰亚胺薄膜参见中国专利文献申请号201310144099.8。多层石墨烯量子碳基半导体材料具备优良的电气特性和耐热特质，电子迁移率均大于100000cm2VS，耐热传导率为3000Wmk，与碳纳米管基本上一样的平面的石墨呈圆筒状构造，其长从数微米到数毫米，其直径从数纳米到数十纳米，具有卓越的机械、电气化学特性。多层石墨烯量子碳基半导体材料及碳纳米管都能形成膜柔性结构材料。
利用以往的技术，碳素材料本身会呈现多孔质组织材质，致密性及机械强度低的缺点，多层石墨烯层数进行不了精确控制，膜质结构体复数膜尺寸及形状也不同，膜质结构体制造工序有相互积层脱离现象，使结构体透光率减少，表面电子增加，而碳纳米管以往技术是由天然石墨多维平面呈圆筒状的构造，因杂质多，多面电阻大，复数碳纳米管之间存在间隙。一种多层石墨烯量子碳基与碳纳米管复合结构体材料的制备方法，是通过掺杂PI膜为原料进行高分子烧结碳化，脱除H、O、N原子，形成碳素前驱体，膜料经黑铅化处理，提高材质组织的缜密性和强度特性，以使高纯单晶的石墨烯表层缜密，形成不透过性量子碳基碳素，增加透光率，多层石墨烯量子碳基和碳纳米管结构和性能具有互补性。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料及其制备方法，提高复合材料的光透过性、韧性及导电性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料，包括碳纳米管结构体以及作为所述碳纳米管结构体的载体的多层石墨烯量子碳基膜，所述碳纳米管结构体包括至少一张碳纳米管膜，所述碳纳米管膜由复数的碳纳米管排列形成，至少部分的碳纳米管之间通过分子间作用力进行端与端连接，形成复数的微孔。
进一步地：
所述多层石墨烯量子碳基膜为至少三层石墨烯量子碳基膜。
所述碳纳米管结构体包括在第一延伸方向相互平行的复数的第一碳纳米管和在第二延伸方向相互平行的复数的第二碳纳米管。
所述第一延伸方向和所述第二延伸方向相互垂直。
复数的第一碳纳米管和复数的第二碳纳米管分别排列成多条线形，并且相互交叉编织形成网状结构。
所述碳纳米管的排列延伸方向与所述碳纳米管膜的表面平行，延伸方向上邻接的碳纳米管之间通过分子间力量进行端与端连接，所述碳纳米管膜上有多个带状的空隙，在所述碳纳米管结构体上形成复数的微孔。
复数的碳纳米管的面积和复数的微孔的面积比不小于1:100，不大于1:1000。
所述复合材料的厚度＞5μm。
一种制备所述的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料的制备方法，包括：通过液相法将石墨粉末和碳纳米管粉体分散在溶液中，进行超声波处理，形成管网状结构的预聚物，将复数的高分子微粒分散于预聚物溶液中，再次进行超声波处理，产生复数的聚合物微粒子，将管网状结构体的表面覆盖，再形成第二阶段预聚物和第二阶段分散液，将上述混合物放在模具中进行加热加压，获得碳纳米管复合材料。
进一步地，所述高分子微粒为含碳氢氧元素的凝胶剂分散得到的微粒。
本发明的有益效果：
本发明提供的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料，包括碳纳米管结构体以及作为该碳纳米管结构体的载体的多层石墨烯量子碳基膜，该碳纳米管结构体包括至少一张碳纳米管膜，该碳纳米管膜由复数的碳纳米管排列形成，至少部分的碳纳米管之间通过分子间作用力进行端与端连接，形成复数的微孔。较佳地，复数碳纳米管面积和多微孔的面积最小1:100，最大1:1000。与现有技术相比，本发明多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料具有优良的导电性、坚韧性及透光性。
另外，碳素材料也存在着污染问题，而本发明的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料使用时不会从组织中脱落污染物，碳素颗粒均匀且致密，在碳素材料表面形成非污染性，防止造成污染，能够作为确保厚度＞5μm和优良性能的玻璃状碳素保护膜。
附图说明
图1为本发明多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1，在一种实施例中，一种多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料5，包括碳纳米管结构体50以及作为所述碳纳米管结构体50的载体的多层石墨烯量子碳基膜，所述碳纳米管结构体50包括至少一张碳纳米管膜51，所述碳纳米管膜51由复数的碳纳米管53排列形成，至少部分的碳纳米管53之间通过分子间力量进行端与端连接，形成复数的微孔。
在优选的实施例中，所述多层石墨烯量子碳基膜为至少三层石墨烯量子碳基膜。
在优选的实施例中，所述碳纳米管结构体50包括在第一延伸方向相互平行的复数的第一碳纳米管和在第二延伸方向相互平行的复数的第二碳纳米管。
在一种具体实施例中，所述第一延伸方向和所述第二延伸方向相互垂直。
在优选的实施例中，复数的第一碳纳米管和复数的第二碳纳米管分别排列成多条线形，并且相互交叉编织形成网状结构。
在优选的实施例中，所述碳纳米管53的排列延伸方向与所述碳纳米管膜51的表面平行，延伸方向上邻接的碳纳米管53之间通过分子间力量进行端与端连接，所述碳纳米管膜51上有多个带状的空隙，在所述碳纳米管结构体50上形成复数的微孔。
在优选的实施例中，复数的碳纳米管的面积和复数的微孔的面积比不小于1:100，不大于1:1000。
在优选的实施例中，所述复合材料的厚度＞5μm。
在另一种实施例中，一种制备所述的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料的制备方法，包括：通过液相法将石墨粉末和碳纳米管粉体分散在溶液中，进行超声波处理，形成管网状结构的预聚物，将复数的高分子微粒分散于预聚物溶液中，再次进行超声波处理，产生复数的聚合物微粒子，将管网状结构体的表面覆盖，形成第二阶段预聚物和第二阶段分散液，将上述混合物放在模具中进行加热加压，获得碳纳米管复合材料。
在一种具体实施例中，所述高分子微粒为含碳氢氧元素的凝胶剂分散得到的微粒。
分散的石墨粉末会影响复合材料的坚韧性及其导电性，复合材料中随机分散的复数的碳纳米管会导致复合材料透光率低，应用也会受到限制。本发明的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料解决了上述问题，能够提高复合结构体的光透过性、韧性及导电性等。根据本发明的复合材料，复数的微孔由分子间产生端与端连接的复数碳纳米管形成，优选方案中，复数碳纳米管面积和复数微孔面积比为最小1:100，最大1:1000。
在一个较佳实施例中，多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料5包括碳纳米管结构体50及作为该碳纳米管结构体50的载体的多层石墨烯量子碳基膜55，碳纳米管结构体50至少由一张碳纳米管膜51构成，碳电子管膜51由复数的碳纳米管53构成。碳纳米管结构体50由在第一延伸方向相互平行的复数的第一碳纳米管和在第二延伸方向相互平行的复数的第二碳纳米管构成，复数的第一碳纳米管和复数的第二碳纳米管分别排列成线状，两者相互交叉编织形成网状结构。碳纳米管53的排列方向与碳纳米管膜51表面平行，且在延伸方向上碳纳米管两两邻接，邻接的碳纳米管之间通过分子间力量进行端与端连接，碳纳米管膜51有多个带状的空隙，在碳纳米管结构体50上形成多个微孔。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料，其特征在于,包括碳纳米管结构体以及作为所述碳纳米管结构体的载体的多层石墨烯量子碳基膜，所述碳纳米管结构体包括至少一张碳纳米管膜，所述碳纳米管膜由复数的碳纳米管排列形成，至少部分的碳纳米管之间通过分子间作用力进行端与端连接，形成复数的微孔。
2.如权利要求1所述的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料，其特征在于,所述多层石墨烯量子碳基膜为至少三层石墨烯量子碳基膜。
3.如权利要求1所述的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料，其特征在于,所述碳纳米管结构体包括在第一延伸方向相互平行的复数的第一碳纳米管和在第二延伸方向相互平行的复数的第二碳纳米管。
4.如权利要求3所述的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料，其特征在于,所述第一延伸方向和所述第二延伸方向相互垂直。
5.如权利要求3所述的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料，其特征在于,复数的第一碳纳米管和复数的第二碳纳米管分别排列成多条线形，并且相互交叉编织形成网状结构。
6.如权利要求1至5任一项所述的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料，其特征在于,所述碳纳米管的排列延伸方向与所述碳纳米管膜的表面平行，延伸方向上邻接的碳纳米管之间通过分子间力量进行端与端连接，所述碳纳米管膜上有多个带状的空隙，在所述碳纳米管结构体上形成复数的微孔。
7.如权利要求1至5任一项所述的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料，其特征在于,复数的碳纳米管的面积和复数的微孔的面积比不小于1:100，不大于1:1000。
8.如权利要求1至5任一项所述的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料，其特征在于,所述复合材料的厚度＞5μm。
9.一种制备如权利要求1至8任一项所述的多层石墨烯量子碳基与碳纳米管结构体复合材料的制备方法，其特征在于,包括：通过液相法将石墨粉末和碳纳米管粉体分散在溶液中，进行超声波处理，形成管网状结构的预聚物，将复数的高分子微粒分散于预聚物溶液中，再次进行超声波处理，产生复数的聚合物微粒子，将管网状结构体的表面覆盖，再形成第二阶段预聚物和第二阶段分散液，将上述混合物放在模具中进行加热加压，获得碳纳米管复合材料。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于,所述高分子微粒为含碳氢氧元素的凝胶剂分散得到的微粒。
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