[发明专利]金属-碳纳米管薄膜复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属‑碳纳米管薄膜复合材料，包括至少一层碳纳米管薄膜及至少一层金属基体，所述碳纳米管薄膜与金属基体以固溶体结构连接。本发明利用含铁、钴、镍的金属材料可以与碳材料形成固溶体这一特性，使碳纳米管薄膜与金属基体通过固溶体结合，制得的复合材料具有更为优异的导电、导热及导磁性能。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种金属-碳纳米管薄膜复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纳米管薄膜是由碳纳米管相互缠绕、重叠，管与管之间以范德华力相互作用而形成，是一种宏观上的二维材料，厚度介于单原子分子与微米毫米级别之间。碳纳米管薄膜保留了碳纳米管自身的微观形状，具有碳纳米管自身所具有的化学稳定性高、质量轻、电导率高、传热性能好、机械性能强、柔韧性高等特性，是碳纳米管研究领域的重要组成部分。在储能、仿生、防火、发热、电磁屏蔽、航空航天等方面都具有巨大的应用潜力。

将碳纳米管薄膜与传统的金属材料复合，使复合材料具有两种或多种材料特性，可实现各材料组分之间的互补和关联，达到单一组分材料所不能实现的性能。例如，金属与碳纳米管薄膜复合后得到的新型复合材料，一方面可以降低传统金属材料的质量，实现产品的轻质化；另一方面，金属优异的导电、导热特性与碳纳米管薄膜产生协同效应，使复合材料具有更为优异的性能。

中国专利CN103921520A公开了一种碳纳米管薄膜复合材料，碳纳米管薄膜为片状，在其上沉积功能性材料功能材料，然后在沉积有功能性材料的上面叠放一层碳纳米管薄膜，也可以叠放多层碳纳米管薄膜，再沉积上一层功能性材料。最后再在功能性材料上叠放碳纳米管薄膜，层间可以使用少量粘结剂再做压实处理，最终形成碳纳米管薄膜复合结构的材料。该方法在将金属材料沉淀到碳纳米管表面的时候需要控制金属材料的沉积量及沉积速度，否则容易发生金属纳米材料的团聚、沉积不均匀，工艺控制难度大，操作复杂。且各层之间需要通过高分子粘结剂粘结，高分子粘结剂的存在降低了复合材料的导电、导热、导磁性能。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一种金属-碳纳米管薄膜复合材料及其制备方法，利用含铁、钴、镍的金属材料可以与碳材料形成固溶体这一特性，使碳纳米管薄膜与金属基体通过固溶体结合，制得的复合材料具有更为优异的导电、导热及导磁性能。

本发明采用的技术方案是：

一种金属-碳纳米管薄膜复合材料，包括至少一层碳纳米管薄膜及至少一层金属基体，所述碳纳米管薄膜与金属基体以固溶体结构连接。

进一步地，所述碳纳米管薄膜的厚度为10～100μm。碳纳米管薄膜的厚度也可大于100μm，10～100μm是现有制备方法所能实现的厚度范围。

进一步地，所述金属基体为金属铁、金属钴、金属镍、及以铁或钴或镍为主体的合金材料。

更进一步地，所述金属基体可以为板材、片材、带材、管材、线材或丝网。管材也可与碳纳米管薄膜复合，只是加压方式与板材、片材、带材、管材、线材或丝网不同。

一种如上述任意一项技术方案所述金属-碳纳米管薄膜复合材料的制备方法，包括依次连接的以下步骤：

(1)制备碳纳米管薄膜；

(2)通过高压处理使碳纳米管薄膜紧密贴合在金属基体的表面；

(3)将高压处理所得复合材料通过高温处理，使碳纳米管薄膜与金属基体的接触面形成固溶体，既得金属-碳纳米管薄膜复合材料。

进一步地，在步骤(1)中，碳纳米管薄膜由化学气相沉积法、浮动催化法或碳纳米管分散液制得。

进一步地，高压处理的方法为：将碳纳米管薄膜平铺在金属基体的表面，使用辊压机辊压。

更进一步地，辊压压力为0.15～0.25MPa。辊压压力根据材料形状选择，一般在0.15～0.25MPa范围内。