TWI476147B - 奈米碳管複合材料及其製備方法 - Google Patents

Description

奈米碳管複合材料及其製備方法

本發明涉及一種奈米碳管複合材料及其製備方法，尤其涉及一種奈米碳管高分子複合材料及其製備方法。

自1991年日本NEC公司的Iijima發現奈米碳管(Carbon Nanotube,CNT)以來(Iijima S.Helical Microtubules of Graphitic Carbon.Nature,1991,354：56-58)，奈米碳管引起了科學界及產業界的極大重視，成為近年來國際科學研究的熱點。奈米碳管具有與金剛石相同的熱導和獨特的力學性能，如抗張強度高達100千兆帕，模量高達1800千兆帕，且耐強酸、強鹼，600℃以下基本不氧化等。

由於奈米碳管具有如此優異的性能，利用奈米碳管作為填充物與其他材料複合已成為奈米碳管應用的一個重要方向。特別地，奈米碳管與其他材料如金屬、半導體或者高分子等的複合可以實現材料的優勢互補或加強。奈米碳管具有較大的長徑比和中空的結構，具有優異的力學性能，可作為一種超級纖維，對複合材料起到增強作用。此外，奈米碳管具有優異的導熱性能，可使該複合材料具有良好的熱傳導性。

先前技術多以粒子填充高分子的形式來製備奈米碳管複合材料， 由於奈米碳管容易團聚，需先對奈米碳管進行表面改性和功能化處理，而後採用溶液或熔融的方法與高分子複合。先前技術中一種製備奈米碳管複合材料的方法包括以下步驟：(一)將0.3重量份的多壁奈米碳管投入到10重量份的濃硝酸中，於100℃下攪拌回流20小時，用蒸餾水洗去酸液，於90℃下真空乾燥10小時。(二)將上述產物羧酸化奈米碳管加入到10重量份草醯氯中，於90℃下攪拌10小時，蒸除未反應的草醯氯，從而得到醯氯化的奈米碳管。(三)將醯氯化的奈米碳管放入冰浴中，於慢速攪拌下滴加10重量份的乾燥乙二胺，於100℃下抽真空乾燥10小時。(四)將上述醯胺化的奈米碳管加入到20重量份的乙醇溶劑中，超聲波處理15分鐘，加入2重量份環氧樹脂，高速攪拌分散20分鐘，蒸除溶劑，加熱至60℃，按照環氧樹脂的環氧基團與固化劑中胺基氫原子物質的摩爾比為1：1的比例加入固化劑苯二胺，並即將其分散均勻。(五)把複合體系倒入模具中，升溫至80℃固化2小時，然後於150℃下固化兩個小時，得到環氧樹脂固化複合材料。

通過上述方法製備得到的奈米碳管複合材料中，奈米碳管隨機分散於高分子中，該複合材料中的奈米碳管具有不完整的外層結構，且奈米碳管分佈雜亂無章，沒有共同的取向。

因此，上述奈米碳管複合材料及其製備方法存在以下缺點。第一，採用機械共混的方法混合奈米碳管與高分子，很難將奈米碳管均勻混和於高分子當中，因此得到的奈米碳管複合材料中奈米碳管混合不均勻。第二，該方法需對奈米碳管進行表面修飾以利於奈米碳管於高分子中能夠更好的分散，然，對奈米碳管的表面修 飾會嚴重的破壞奈米碳管的完整結構，從而影響了奈米碳管複合材料的性能。第三，採用攪拌的方法分散奈米碳管，奈米碳管的排列雜亂無章，且沒有固定取向，使得奈米碳管於複合物中不能發揮其軸向優勢，從而影響了奈米碳管複合材料的性能。第四，該方法需要添加溶劑，而所添加的溶劑很難除去，從而使得奈米碳管複合材料成分不純。第五，該方法工藝複雜，成本較高。

有鑒於此，提供一種具有優良特性的奈米碳管複合材料及其製備方法實為必要，且該製備方法簡單、易於實現、成本低廉。

一種奈米碳管複合材料，包括奈米碳管和高分子基體，其中該奈米碳管以奈米碳管薄膜結構的形式設置於高分子基體中。

一種奈米碳管複合材料的製造方法，其包括以下步驟：製備一高分子基體；製備一奈米碳管薄膜；將至少一個奈米碳管薄膜設置於高分子基體的至少一個表面形成一奈米碳管薄膜結構，從而形成一奈米碳管複合材料預製體；加熱奈米碳管複合材料預製體，使奈米碳管薄膜結構與高分子基體複合，從而得到一奈米碳管複合材料。

與先前技術相比，所述的奈米碳管複合材料及其製備方法具有以下優點：第一，由於採用奈米碳管薄膜結構自然滲入高分子材料當中，且奈米碳管薄膜結構中的奈米碳管的間隙中充滿了高分子。因此，所述的奈米碳管複合材料中，奈米碳管分佈規則、均勻，使得該複合材料具有優異的性能。第二，所述的奈米碳管複合材料的製備方法無需對奈米碳管進行表面處理，不僅保證了奈米碳管結構上的完整性，簡化了製備過程，還降低了生產成本，並 提高了所述複合材料的性能。第三，所述的奈米碳管複合材料的製備方法採用將奈米碳管薄膜結構設於高分子材料表面後，對其加壓、加熱、真空處理，因此具有簡單、容易實現、生產成本低的優點。

10‧‧‧奈米碳管符合材料

20‧‧‧奈米碳管符合材料預製體

12‧‧‧奈米碳管薄膜結構

14‧‧‧高分子基體

122‧‧‧第一奈米碳管層

124‧‧‧第二奈米碳管層

126‧‧‧第三奈米碳管層

128‧‧‧第四奈米碳管層

30‧‧‧模具

40‧‧‧加熱裝置

31‧‧‧上基板

33‧‧‧下基板

35‧‧‧流膠槽

圖1為本技術方案實施例的奈米碳管複合材料的剖面圖。

圖2為圖1中的奈米碳管薄膜結構的結構分解示意圖。

圖3為本技術方案實施例的奈米碳管複合材料的製備方法的流程圖。

圖4為本技術方案實施例的奈米碳管複合材料預製體的剖面圖。

圖5為本技術方案實施例製備奈米碳管複合材料的裝置的結構示意圖。

下面將結合附圖對本技術方案作進一步的詳細說明。

請參考圖1，本技術方案實施例提供一種奈米碳管複合材料10，其包括高分子基體14與分佈於該高分子基體14中的奈米碳管，該奈米碳管以奈米碳管薄膜結構12的形式分佈於該高分子基體14中。

所述高分子基體14為一高分子薄膜。高分子基體14材料可選擇為熱固性高分子材料或熱塑性高分子材料。本實施例中，熱固性高分子材料包括酚醛樹脂、環氧樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、聚苯並惡嗪樹脂、氰酸酯樹脂、聚醯亞胺樹脂和不飽和聚醯樹脂中的一種或者幾種的混合物。該熱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、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚醯胺、聚醚酮、聚碸、聚醚碸、熱塑性聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚對苯撐苯並雙惡唑中的一種或者幾種的混合物。

所述奈米碳管薄膜結構12由一個奈米碳管層或複數個平行且重疊的奈米碳管層構成，該奈米碳管層由一個奈米碳管薄膜或複數個平行且無間隙鋪設的奈米碳管薄膜構成。該奈米碳管薄膜為擇優取向排列的複數個奈米碳管束首尾相連形成的具有一定寬度的薄膜，該奈米碳管薄膜中的奈米碳管束具有基本相同的排列方向。奈米碳管束之間通過凡德瓦爾力緊密連接，該奈米碳管束長度基本相同，且包括複數個具有基本相同的長度並相互平行的奈米碳管。該奈米碳管薄膜的厚度為0.01~100微米，其中的奈米碳管為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或幾種。當該奈米碳管薄膜中的奈米碳管為單壁奈米碳管時，該單壁奈米碳管的直徑為0.5~50奈米。當該奈米碳管薄膜中的奈米碳管為雙壁奈米碳管時，該雙壁奈米碳管的直徑為1.0~50奈米。當該奈米碳管薄膜中的奈米碳管為多壁奈米碳管時，該多壁奈米碳管的直徑為1.5~50奈米。所述奈米碳管層的面積不限，可根據實際需求製備。

當所述奈米碳管薄膜結構12由複數個重疊的奈米碳管層構成時，複數個奈米碳管層之間通過凡德瓦爾力緊密連接形成一具有穩定結構的奈米碳管薄膜結構12。由複數個奈米碳管層組成的奈米碳管薄膜結構12中，相鄰的奈米碳管層中的奈米碳管的排列方向形 成一夾角α，且0°≦α≦90°。如圖2所示，本實施例中提供的奈米碳管薄膜結構12由四個相互平行疊加的第一奈米碳管層122、第二奈米碳管層124、第三奈米碳管層126、第四奈米碳管層128組成，該奈米碳管薄膜結構12的厚度為0.04~400微米，該奈米碳管薄膜結構12中相鄰奈米碳管層中的奈米碳管的排列方形成的夾角為90°。

奈米碳管複合材料10中，奈米碳管薄膜結構12均勻設置於高分子基體14當中，高分子材料浸潤到奈米碳管薄膜結構12中相鄰的奈米碳管的間隙當中，高分子材料與奈米碳管薄膜結構12中的奈米碳管緊密結合在一起。

請參考圖3，本技術方案還提供一種上述奈米碳管複合材料10的製備方法，其具體包括以下步驟：

步驟一：製備一高分子基體14，其為一高分子薄膜。

該高分子基體14可以採用溶液成膜、熱熔刮塗、流延成膜、噴塗成膜的方法製備。

本實施例採用熱熔刮塗的方法製備高分子基體14，其具體包括以下步驟：首先，將液態烯丙基苯酚置於一容器中，加熱至90~180℃，使容器維持該溫度並攪拌若干分鐘。其次，將雙馬來醯亞胺粉末加入液態烯丙基苯酚中，雙馬來醯亞胺與烯丙基苯酚的品質比於60：5~60：70範圍內，控制容器溫度於110~160℃範圍內，靜置並使容器保持該溫度，抽真空若干分鐘充分排空溶液中的氣體，得到一透明紅褐色混合液體。再次，將上述雙馬來醯亞胺與稀丙基苯酚的混合液倒入一凹槽中，待混合液降溫後得到一高分子 基體14。所述高分子基體14的厚度及形狀可以通過控制凹槽的深度與形狀控制。

步驟二：製備一奈米碳管薄膜。

該奈米碳管薄膜的製備方法包括以下步驟：首先，製備一奈米碳管陣列。

本實施例中，所述奈米碳管陣列為一超順排奈米碳管陣列，該超順排奈米碳管陣列的製備方法採用化學氣相沈積法，其具體步驟包括：(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或N型矽基底，或選用形成有氧化層的矽基底，本實施例優選為採用4英寸的矽基底；(b)於基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催化劑層的基底於700~900℃的空氣中退火約30分鐘~90分鐘；(d)將處理過的基底置於反應爐中，於保護氣體環境下加熱到500~740℃，然後通入碳源氣體反應約5~30分鐘，生長得到超順排奈米碳管陣列，其高度為200~400微米。該超順排奈米碳管陣列為複數個彼此平行且垂直於基底生長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列。通過上述控制生長條件，該超順排奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該奈米碳管陣列中的奈米碳管彼此通過凡德瓦爾力緊密接觸形成陣列。

本實施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、甲烷等化學性質較活潑的碳氫化合物，本實施例優選的碳源氣為乙炔；保護氣體為氮氣或惰性氣體，本實施例優選的保護氣體為氬氣。

可以理解，本實施例提供的奈米碳管陣列不限於上述製備方法，還可以採用電弧放電法、雷射蒸發沈積法。本實施例提供的奈米碳管陣列為單壁奈米碳管陣列、雙壁奈米碳管陣列及多壁奈米碳管陣列中的一種。

其次，從上述奈米碳管陣列中拉取獲得至少一奈米碳管薄膜。

該奈米碳管薄膜的製備具體包括以下步驟：(a)從上述奈米碳管陣列中選定一定寬度的複數個奈米碳管束片斷，本實施例優選為採用具有一定寬度的膠帶接觸奈米碳管陣列以選定一定寬度的複數個奈米碳管束片斷；(b)以一定速度沿基本垂直於奈米碳管陣列生長方向拉伸該複數個奈米碳管束片斷，以形成一連續的奈米碳管薄膜。

上述拉伸過程中，該複數個奈米碳管束片斷於拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底的同時，由於凡德瓦爾力作用，該選定的複數個奈米碳管束片斷分別與其他奈米碳管片斷首尾相連地連續地被拉出，從而形成一奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜為擇優取向排列的複數個奈米碳管束首尾相連形成的具有一定寬度的奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜中的奈米碳管束之間相互平行，奈米碳管束的排列方向基本平行於奈米碳管薄膜的拉伸方向。

本實施例中，該奈米碳管薄膜的寬度與奈米碳管陣列所生長的基底的尺寸有關，該奈米碳管薄膜的長度不限，可根據實際需求制得。該奈米碳管薄膜的厚度為0.01~100微米。當該奈米碳管薄膜中的奈米碳管為單壁奈米碳管時，該單壁奈米碳管的直徑為0.5~50奈米。當該奈米碳管薄膜中的奈米碳管為雙壁奈米碳管時，該雙壁奈米碳管的直徑為1.0~50奈米。當該奈米碳管薄膜中的 奈米碳管為多壁奈米碳管時，該多壁奈米碳管的直徑為1.5~50奈米。

步驟三：將至少一奈米碳管薄膜設置於高分子基體14的至少一個表面形成一奈米碳管薄膜結構12，從而形成一奈米碳管複合材料預製體20。

可以理解，本實施例中，製備一奈米碳管複合材料預製體20的方法可以為：將至少一層上述奈米碳管薄膜直接鋪設於該高分子基體14表面製備奈米碳管複合材料預製體20。也可以先採用至少一層上述奈米碳管薄膜製備形成一自支撐的奈米碳管薄膜結構12，再將該奈米碳管薄膜結構12設置於所述高分子基體14上形成一奈米碳管複合材料預製體20。

所述將至少一層上述奈米碳管薄膜直接鋪設於該高分子基體14表面製備奈米碳管複合材料預製體20的方法具體包括以下步驟：提供一個高分子基體14；將至少一奈米碳管薄膜直接鋪設於一高分子基體14表面，形成一奈米碳管薄膜結構12；去除高分子基體14以外多餘的奈米碳管薄膜，得到一奈米碳管複合材料預製體20。

可以理解，本實施例中，可以將至少兩個奈米碳管薄膜平行且無間隙鋪設或/和重疊鋪設於該高分子基體14表面，形成一奈米碳管薄膜結構12。所述奈米碳管薄膜結構12包括一奈米碳管層或至少兩個平行且重疊鋪設的奈米碳管層，相鄰的兩個奈米碳管層中的奈米碳管排列方向形成一夾角α，且0°≦α≦90°。本實施例中，相鄰的兩個奈米碳管層中的奈米碳管排列方向的夾角α優選為90度。

本實施例中，進一步可以將另一高分子基體14設置於該奈米碳管薄膜結構12上，形成一三明治結構的奈米碳管複合材料預製體。可以理解，本實施例中，還可以將複數個奈米碳管薄膜結構12與複數個高分子基體14交互疊加，形成一多層的奈米碳管複合材料預製體。如圖4所示，優選地，奈米碳管複合材料預製體20為一個奈米碳管薄膜結構12鋪設於一個高分子基體14上的結構。

上述先採用至少一層奈米碳管薄膜製備形成一自支撐的奈米碳管薄膜結構12，再製備奈米碳管複合材料預製體10的方法具體包括以下步驟：提供一支撐體；將至少一個奈米碳管薄膜粘附於支撐體表面，去除支撐體外多餘的奈米碳管薄膜；去除支撐體，形成一奈米碳管薄膜結構12；提供一高分子基體14，並將所述奈米碳管薄膜結構12設置於該高分子基體14的表面，即得到一奈米碳管複合材料預製體20。

上述支撐體可以為一基板，也可選用一框架結構。由於本實施例提供的超順排奈米碳管陣列中的奈米碳管非常純淨，且奈米碳管本身的比表面積非常大，故，該奈米碳管薄膜具有較強的粘性，該奈米碳管薄膜可利用其本身的粘性直接粘附於基板或框架上。奈米碳管薄膜黏附於基板或框架上，基板或框架以外多餘的奈米碳管薄膜部分可以用小刀刮去。去除基板或框架，即得到一奈米碳管薄膜結構12。

本實施例中，該基板或框架的大小可依據實際需求確定。當基板或框架的寬度大於上述奈米碳管薄膜的寬度時，可以將至少兩個奈米碳管薄膜平行且無間隙或/和重疊鋪設於基板或框架上，形成一奈米碳管薄膜結構12。所述奈米碳管薄膜結構12包括一奈米 碳管層或至少兩個平行且重疊鋪設的奈米碳管層，相鄰的兩個奈米碳管層中的奈米碳管排列方向形成一夾角α，且0°≦α≦90°。

本實施例中，進一步還可以包括用有機溶劑處理奈米碳管薄膜結構12的步驟，該有機溶劑為揮發性有機溶劑，可選用乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等，本實施例中的有機溶劑採用乙醇。該使用有機溶劑處理的步驟可通過試管將有機溶劑滴落於奈米碳管薄膜結構12表面浸潤整個奈米碳管薄膜結構12，或者，也可將上述形成有奈米碳管薄膜結構12的基板或固定框架整個浸入盛有有機溶劑的容器中浸潤。待溶劑滲透至基板表面後，將奈米碳管薄膜結構12的一端用小刀翹起，從而可以將整個奈米碳管薄膜結構12從基板或固定框架表面取下。所述的奈米碳管薄膜結構12經有機溶劑浸潤處理後，於揮發性有機溶劑的表面張力的作用下，奈米碳管薄膜中平行的奈米碳管片斷會部分聚集成奈米碳管束。因此，該奈米碳管薄膜結構12表面體積比小，且具有良好的機械強度及韌性。

上述方法製備的奈米碳管複合材料預製體20中，相鄰兩個奈米碳管層中的奈米碳管之間存在複數個微孔結構，該微孔結構均勻且規則分佈於奈米碳管薄膜結構12中，其中微孔直徑為1奈米~0.5微米。

步驟四：加熱奈米碳管複合材料預製體20，將奈米碳管薄膜結構12與高分子基體14複合，從而得到一奈米碳管複合材料10。

如圖5所示，該奈米碳管複合材料10的製備方法具體包括以下步驟： 首先，將至少一奈米碳管複合材料預製體20放置於一模具30中，閉合模具的上基板31與下基板33。該模具30於放置奈米碳管複合材料預製體20之前已經均勻塗抹了脫模劑，以便獲得奈米碳管複合材料10後可以順利脫模，該模具30側壁設有流膠槽35，以便多餘的液態高分子流出。所用脫模劑根據高分子的類別不同而不同，該脫模劑包括高溫脫模劑、有機矽型脫模劑、蠟類脫模劑或者矽氧烷型脫模劑。

可以理解，本實施例中，也可以將複數個奈米碳管複合材料預製體20疊加或平行放置於該模具30中。

其次，加熱該模具30，使高分子基體14變為液態浸潤到奈米碳管薄膜結構12中的奈米碳管間隙當中。先將該模具30放入加熱裝置40中，將低於100Mpa的壓力作用於模具30的上基板31，對模具30中的複合材料預製體20加壓。然後，使加熱裝置40升溫至100~150℃，再對模具30抽真空，使其絕對真空度低於-0.01Mpa，並維持該狀態1-5小時。完成液態高分子基體14與奈米碳管薄膜結構12的複合後，停止抽真空。所述加熱裝置40可為加熱板、熱壓機、平板硫化機、熱壓罐或者烘箱。高分子基體14於100~150℃時為液態，於該溫度下液態高分子基體14的粘度很低。對模具30加壓，液態高分子基體14於壓力的作用下能夠很好的浸潤到奈米碳管薄膜結構12中的奈米碳管間隙當中，多餘的液態高分子會從流膠槽35中流出。對加熱裝置40抽真空，使其絕對真空度低於-0.01Mpa，奈米碳管薄膜結構12中的奈米碳管間隙中的空氣被抽出，使得到的奈米碳管複合材料10中不存在空氣，並且該奈米碳管複合材料10不存在結構缺陷。

最後，使高分子基體14固化成型，待加熱裝置40降溫後，將模具30從加熱裝置40中取出，脫模可得奈米碳管複合材料10。

本實施例中，使得高分子基體14固化成型的方法依據高分子基體14材料的不同而不同。

當高分子基體14材料為熱固性高分子時，高分子基體14的固化又進一步包括一升溫的過程。升溫過快會導致熱固性高分子爆聚，從而影響材料性能，故，熱固性液態高分子的固化需要逐步升溫的步驟。首先，使加熱裝置40繼續升溫至150~180℃，於該溫度下高分子基體14為凝膠狀，維持該溫度2~4小時，使得高分子基體14繼續吸熱以增加其固化度。其次，繼續升溫至180~200℃，於該溫度下高分子基體14為固態，維持該溫度1~5小時，使得高分子基體14繼續吸熱以增加其固化度。再次，繼續升溫至200~230℃，維持該溫度2~20小時，使得高分子基體14繼續吸熱以增加其固化度。最後，將加熱裝置40降溫後，將模具30從加熱裝置40中取出，脫模可得奈米碳管複合材料10。

當高分子基體14材料為熱塑性高分子時，高分子基體14的固化無需進一步升溫，只需將加熱裝置40降溫後，將模具30從加熱裝置40中取出，脫模可得奈米碳管複合材料10。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧奈米碳管複合材料

12‧‧‧奈米碳管薄膜結構

14‧‧‧高分子基體

Claims (25)

1. 一種奈米碳管複合材料，包括奈米碳管和高分子基體，其改良在於，所述的奈米碳管以奈米碳管薄膜結構的形式設置於高分子基體中，所述的奈米碳管薄膜結構包括一個奈米碳管層或重疊的複數個奈米碳管層，每個奈米碳管層中包括多個奈米碳管首尾相連地形成一個薄膜結構，每個奈米碳管層中的奈米碳管平行於所述高分子基體的表面且沿同一方向擇優取向排列。
2. 如請求項1所述的奈米碳管複合材料，其中，所述的高分子基體為熱固性高分子基體，該熱固性高分子基體的材料為酚醛樹脂、環氧樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂、聚苯並惡嗪樹脂、氰酸酯樹脂、聚醯亞胺樹脂和不飽和聚醯樹脂中的一種或者幾種的混合物。
3. 如請求項1所述的奈米碳管複合材料，其中，所述的高分子基體為熱塑性高分子基體，該熱塑性高分子基體的材料為聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚醯胺、聚醚酮、聚碸、聚醚碸、熱塑性聚醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙酸乙烯酯、聚對苯撐苯並雙惡唑中的一種或者幾種的混合物。
4. 如請求項1所述的奈米碳管複合材料，其中，所述的高分子基體浸潤到奈米碳管薄膜結構中相鄰的奈米碳管的間隙中。
5. 如請求項1所述的奈米碳管複合材料，其中，所述的奈米碳管層包括一奈米碳管薄膜或平行且無間隙鋪設的複數個奈米碳管薄膜。
6. 如請求項5所述的奈米碳管複合材料，其中，所述的奈米碳管薄膜的厚度為0.01~100微米。
7. 如請求項5所述的奈米碳管複合材料，其中，所述的奈米碳管薄膜包括複數個首尾相連且擇優取向排列的奈米碳管束，相鄰奈米碳管束之間通過凡得瓦力相互連接。
8. 如請求項7所述的奈米碳管複合材料，其中，所述的奈米碳管束包括複數個具有相同長度且平行排列的奈米碳管。
9. 如請求項8所述的奈米碳管複合材料，其中，所述的奈米碳管為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管中的一種。
10. 如請求項9所述的奈米碳管複合材料，其中，所述單壁奈米碳管的直徑為0.5~50奈米，所述雙壁奈米碳管的直徑為1.0~50奈米，所述多壁奈米碳管的直徑為1.5~50奈米。
11. 如請求項1所述的奈米碳管複合材料，其中，相鄰的奈米碳管層中奈米碳管的排列方向形成一夾角α，且0°≦α≦90°。
12. 一種如請求項1所述的奈米碳管複合材料的製備方法，包括以下步驟：製備一高分子基體；製備一奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜為擇優取向排列的複數個奈米碳管束首尾相連形成的具有一定寬度的薄膜；將至少一個奈米碳管薄膜設於高分子基體的至少一個表面形成一奈米碳管薄膜結構，從而形成一奈米碳管複合材料預製體；以及，加熱奈米碳管複合材料預製體，使所述高分子基體變為液態浸潤到奈米碳管薄膜結構中的奈米碳管間隙當中，使奈米碳管薄膜結構與高分子基體複合，從而得到一奈米碳管複合材料。
13. 如請求項12所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述的高分子基體為一高分子薄膜，該高分子基體的製備方法包括溶液成膜法、熱熔刮塗法、流延成膜法或噴塗成膜法中的一種。
14. 如請求項12所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述的奈米碳 管薄膜的製備方法包括以下步驟：製備一奈米碳管陣列；以及，從上述奈米碳管陣列中選定一定寬度的複數個奈米碳管片斷，沿垂直於奈米碳管陣列生長方向拉伸該複數個奈米碳管片斷，形成一連續的奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜中奈米碳管的排列方向平行於奈米碳管薄膜的拉伸方向。
15. 如請求項12所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述形成一奈米碳管複合材料預製體的步驟具體包括以下步驟：將至少一奈米碳管薄膜直接鋪設於一高分子基體表面；去除高分子基體以外多餘的奈米碳管薄膜，形成一奈米碳管薄膜結構，從而得到一奈米碳管複合材料預製體。
16. 如請求項15所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述形成一奈米碳管複合材料預製體的步驟進一步包括將至少兩個奈米碳管薄膜平行且無間隙鋪設或/和重疊鋪設於該高分子基體上的步驟。
17. 如請求項12所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述形成一奈米碳管複合材料預製體的步驟具體包括以下步驟：提供一支撐體；將至少一個奈米碳管薄膜粘附於支撐體表面，去除支撐體外多餘的奈米碳管薄膜；去除支撐體，形成一奈米碳管薄膜結構；將該奈米碳管薄膜結構設置於所述高分子基體表面，得到一奈米碳管複合材料預製體。
18. 如請求項17所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述形成一奈米碳管複合材料預製體的步驟進一步包括將至少兩個奈米碳管薄膜平行且無間隙鋪設或/和重疊鋪設於該支撐體表面的步驟。
19. 如請求項12所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述的奈米碳管薄膜結構的製備步驟進一步包括使用有機溶劑處理該奈米碳管薄膜結構的步驟。
20. 如請求項19所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述的有機溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷和氯仿中一種或者幾種的混合物。
21. 如請求項19所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述的使用有機溶劑處理奈米碳管薄膜結構的步驟包括通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管薄膜結構表面浸潤整個奈米碳管薄膜結構或者將整個奈米碳管薄膜結構浸到盛有有機溶劑的容器中浸潤。
22. 如請求項12所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述的將奈米碳管薄膜結構與高分子基體複合的步驟具體包括以下步驟：將至少一奈米碳管複合材料預製體放置於一模具中；將該模具放置於一加熱裝置中，對該模具施加小於100Mpa的壓力，加熱升溫使該模具的溫度低於400℃，然後對加熱裝置抽真空，使模具的相對真空度低於-0.01Mpa，使高分子基體變為液態從而與奈米碳管薄膜結構複合至少10分鐘；以及，固化液態高分子，並脫模。
23. 如請求項22所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述的加熱裝置包括加熱板、熱壓機、平板硫化機、熱壓罐或者烘箱。
24. 如請求項22所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述的固化熱塑性高分子的步驟為降溫固化高分子。
25. 如請求項22所述的奈米碳管複合材料的製備方法，其中，所述的固化熱固性高分子的步驟為逐步階梯升溫固化高分子，並降溫該高分子。