碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构的制作方法

1.本发明涉及一种复合膜，尤其涉及一种碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构。


背景技术：

2.石墨烯和碳纳米管都是纳米尺寸的碳材料, 具有极大的比表面积、良好的导电性以及优秀的机械性能等特性。但是往往实际应用中需要这些材料的宏观聚集体，而当前高性能碳纳米材料薄膜及纤维领域普遍存在明显的问题，如某些单项性能差、多功能性不好，严重限制了其在更广泛领域的应用。通过石墨烯、碳纳米管等烯碳材料的复合改性，创制烯碳复合薄膜及纤维，可以实现对高性能薄膜及纤维“增其长，补其短，赋其新”的综合提升。然而现有技术大多是将碳纳米管和石墨烯分散于溶液中后，再将混合液制成膜。这种方法制成的复合膜中，碳纳米管和石墨烯都是随机分布的，导致复合膜的导电性，力学特性，导热性都会受到影响，从而限制了复合膜的应用。


技术实现要素：

3.本发明旨在解决上述缺陷，提供一种碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构。
4.为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，该复合膜结构包括一碳纳米管薄膜结构和多片石墨烯纳米片，碳纳米管薄膜结构由多根沿同一方向排列的碳纳米管通过范德华力相互作用连接而成，且薄膜结构中存在孔隙，石墨烯纳米片覆盖在碳纳米管薄膜表面，通过共价键的形式与碳纳米管薄膜连接。
5.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述石墨烯纳米片为3.75平方纳米的小片石墨烯纳米片。
6.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述碳纳米管薄膜表面的小片石墨烯纳米片覆盖方式为单面覆盖和双面覆盖。
7.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的小片石墨烯纳米片单面覆盖片数为4片、6片、8片。
8.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所的小片石墨烯纳米片双面覆盖片数为8片、12片、16片。
9.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的石墨烯纳米片为7.75平方纳米的大片石墨烯纳米片。
10.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述碳纳米管薄膜表面的大片石墨烯纳米片覆盖方式为单面覆盖和双面覆盖。
11.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的大片石墨烯纳米片单面覆盖片数为2片、3片、5片。
12.根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的大片石墨烯纳米片双面覆盖片数为4片、6片、10片。
13.本发明的有益效果是：这种碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构中的石墨烯纳米片与碳纳米管薄膜以共价键的形式进行连接形成一个整体结构。石墨烯纳米片搭载在碳纳米管薄膜上使得这种整体结构的复合膜相对于分散的复合膜更具有导电性和导热性。另外，由于石墨烯纳米片和碳纳米管薄膜以共价键连接，从而使复合薄膜具有更好的力学性能。
附图说明
14.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
15.图1为碳纳米管薄膜-石墨烯复合结构模型图；图2为碳纳米管薄膜-石墨烯复合结构制备方法具体实施图。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.这种碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，该复合膜结构包括一碳纳米管薄膜结构和多片石墨烯纳米片,碳纳米管薄膜结构由多根沿同一方向排列的碳纳米管通过范德华力相互作用连接而成，且薄膜结构中存在孔隙,石墨烯纳米片覆盖在碳纳米管薄膜表面，通过共价键的形式与碳纳米管薄膜连接。
18.优选例石墨烯纳米片为3.75平方纳米的小片石墨烯纳米片时，碳纳米管薄膜表面的小片石墨烯纳米片覆盖方式为单面覆盖和双面覆盖，小片石墨烯纳米片单面覆盖片数为4片、6片、8片。小片石墨烯纳米片双面覆盖片数为8片、12片、16片。
19.优选例石墨烯纳米片为7.75平方纳米的大片石墨烯纳米片时，碳纳米管薄膜表面的大片石墨烯纳米片覆盖方式为单面覆盖和双面覆盖。大片石墨烯纳米片单面覆盖片数为2片、3片、5片。大片石墨烯纳米片双面覆盖片数为4片、6片、10片。
实施例
20.如图1所示，为4小片石墨烯纳米片与碳纳米管薄膜构成的一种碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构。该复合膜结构包括一碳纳米管薄膜结构和4片单面放置面积为3.75nm2的石墨烯纳米片。碳纳米管薄膜结构由6根碳纳米管定向排列组合而成，两根碳纳米管管壁之间距离为3.4
å
，通过范德华力相互作用连接而成。
21.所述的石墨烯纳米片为单层的石墨烯纳米片，面积为3.75nm2。4片石墨烯纳米片全部覆盖在碳纳米管薄膜一侧，通过共价键与碳纳米管进行相连，从而构成一个整体膜结构。
22.结合图2，给出实施例1的碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构的制备方法。具体包括以下几个步骤：步骤a、通过化学气相沉积在5英寸直径的石英管中在900
°
c下合成碳纳米管薄膜。
以sio2/si作为衬底，在处理后的基底上沉积一层铁膜作为催化剂。含6%氢气的氩气和纯乙烯分别用作合成气体和碳源。总气体流速为1.5升/分钟。透射电子显微镜表明这些碳纳米管直径约为5nm。
23.步骤b、提供石墨烯，超声均匀分散在水溶液中。通过控制水和石墨烯的质量比，制成溶度为0.1mg/ml的石墨烯分散液。
24.步骤c、碳纳米管薄膜一端连接到旋转心轴上，在该心轴上收集并堆叠碳纳米管薄膜。在薄膜卷绕过程中，以1ml/min的喷涂速度向心轴喷涂石墨烯水溶液，生产复合膜结构。复合膜的厚度取决于卷绕速率、卷绕时间和石墨烯的浓度，这是易于控制的。为了避免复合材料薄膜界面粘结引起的断裂和粗糙，在钢芯轴上包裹了聚四氟乙烯薄膜。
25.步骤d、将制备好的覆盖石墨烯纳米片的碳纳米管薄膜放在烘箱中烘干，得到碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜材料。
26.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，其特征在于：该复合膜结构包括一碳纳米管薄膜结构和多片石墨烯纳米片,碳纳米管薄膜结构由多根沿同一方向排列的碳纳米管通过范德华力相互作用连接而成，且薄膜结构中存在孔隙,石墨烯纳米片覆盖在碳纳米管薄膜表面，通过共价键的形式与碳纳米管薄膜连接。2.如权利要求1所述的碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，其特征在于：所述石墨烯纳米片为3.75平方纳米的小片石墨烯纳米片。3.如权利要求2所述的碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，其特征在于：所述碳纳米管薄膜表面的小片石墨烯纳米片覆盖方式为单面覆盖和双面覆盖。4.如权利要求3所述的碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，其特征在于：所述的小片石墨烯纳米片单面覆盖片数为4片、6片、8片。5.如权利要求3所述的碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，其特征在于：所的小片石墨烯纳米片双面覆盖片数为8片、12片、16片。6.如权利要求1所述的碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，其特征在于：所述的石墨烯纳米片为7.75平方纳米的大片石墨烯纳米片。7.如权利要求6所述的碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，其特征在于：所述碳纳米管薄膜表面的大片石墨烯纳米片覆盖方式为单面覆盖和双面覆盖。8.如权利要求7所述的碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，其特征在于：所述的大片石墨烯纳米片单面覆盖片数为2片、3片、5片。9.如权利要求7所述的碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，其特征在于：所述的大片石墨烯纳米片双面覆盖片数为4片、6片、10片。

技术总结
本发明涉及石墨烯的技术领域，尤其涉及一种碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构。这种碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构，该复合膜结构包括一碳纳米管薄膜结构和多片石墨烯纳米片，碳纳米管薄膜结构由多根沿同一方向排列的碳纳米管通过范德华力相互作用连接而成，且薄膜结构中存在孔隙，石墨烯纳米片覆盖在碳纳米管薄膜表面，通过共价键的形式与碳纳米管薄膜连接。这种碳纳米管薄膜-石墨烯复合膜结构中的石墨烯纳米片与碳纳米管薄膜以共价键的形式进行连接形成一个整体结构。石墨烯纳米片搭载在碳纳米管薄膜上使得这种整体结构的复合膜相对于分散的复合膜更具有导电性和导热性。另外，由于石墨烯纳米片和碳纳米管薄膜以共价键连接，从而使复合薄膜具有更好的力学性能。从而使复合薄膜具有更好的力学性能。从而使复合薄膜具有更好的力学性能。


技术研发人员：冯昶源 弓晓晶
受保护的技术使用者：江苏江南烯元石墨烯科技有限公司
技术研发日：2022.01.18
技术公布日：2022/5/10