碳纳米管复合结构的制备方法

摘要

一种碳纳米管复合结构的制备方法，包括以下步骤：将一碳纳米管结构放在一基底的第一表面；提供一单体溶液，该单体溶液包括单体，并将该单体溶液涂覆至所述碳纳米管结构上；使所述单体聚合，得到碳纳米管复合结构；以及去除所述基底。

说明书

本发明为公开号为CN108929541A(以下简称申请A)的发明专利的分案申请，申请A的申请日为2017年5月22日，申请号为201710365100.8，发明名称为碳纳米管复合结构及其制备方法。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管复合结构及其制备方法。

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。

目前碳纳米管与聚合物的复合可以通过两种方式进行。第一种方式，将碳纳米管分散在有机溶剂中形成碳纳米管分散液，该碳纳米管分散液与聚合物单体溶液混合并进行原位聚合。由于碳纳米管在有机溶剂中容易团聚，分散性差，导致碳纳米管与聚合物复合不均匀，影响最终产品的一致性。第二种方式，将聚合物完全熔融后，通过浇注的方式与碳纳米管复合，待熔融的聚合物冷却后形成碳纳米管复合结构。熔融后的聚合物粘性大，导致碳纳米管在熔融的聚合物中分散性差，依然影响最终产品的一致性。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种碳纳米管复合结构及其制备方法，该方法提高了碳纳米管与聚合物复合的均匀性。

一种碳纳米管复合结构的制备方法，包括以下步骤：提供一基底，该基底具有一第一表面，该第一表面是纳米级平整的表面；将一碳纳米管结构设置在所述第一表面上，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管与所述第一表面直接接触；将一单体溶液涂覆至所述碳纳米管结构；使所述单体聚合，在涂覆所述单体溶液和使单体聚合的过程中，所述多个碳纳米管始终与所述第一表面直接接触；以及去除所述基底。

一种碳纳米管复合结构，包括多个碳纳米管和一聚合物，该多个碳纳米管分散于所述聚合物中，其特征在于，所述碳纳米管复合结构具有一纳米级平整的表面，所述多个碳纳米管的部分表面至该纳米级平整的表面的距离为大于等于零且小于等于30纳米。

一种碳纳米管复合结构的制备方法，包括以下步骤：提供一基底，该基底具有一第一表面，该第一表面是纳米级平整的表面；将一碳纳米管结构设置在所述第一表面上形成一预制体，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管与所述第一表面直接接触；将两个所述预制体间隔设置在一基板上，所述两个预制体和该基板封装成具有一开口的模具，两个预制体上的碳纳米管结构相对设置且均位于该模具的内部；将一单体溶液从模具的开口注入该模具的内部；使所述单体聚合，在注入所述单体溶液和使单体聚合的过程中，所述多个碳纳米管始终与所述第一表面直接接触；去除所述基底和基板。

与现有技术相比，本发明将碳纳米管结构设置在一纳米级平整的基底上，然后将聚合物单体溶液涂覆在碳纳米管结构上，由于聚合物单体溶液的粘性小，流动性好，可以均匀分布在所述碳纳米管结构中，当固化所述单体使其聚合时，所得到的碳纳米管复合结构中，碳纳米管具有良好的分散性。进一步，去除基底后，得到纳米级平整的碳纳米管复合结构，并且碳纳米管在聚合物中部分暴露，提高了碳纳米管复合结构的导电性。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的碳纳米管复合结构的制备方法的工艺流程图。

图2为本发明第一实施例使用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图3为本发明第一实施例使用的碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。

图4为本发明第一实施例使用的包括多个沿同一方向择优取向排列的碳纳米管的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。

图5为本发明第一实施例使用的包括多个沿不同方向择优取向排列的碳纳米管的碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。

图6为本发明第一实施例提供的CNT/PI复合结构第四表面的SEM照片。

图7为本发明第一实施例提供的CNT/PI复合结构第四表面涂覆1纳米厚的金膜后的SEM照片。

图8为本发明第一实施例提供的CNT/PI复合结构第四表面的AFM(原子力显微镜)照片。

图9为本发明第一实施例提供的CNT/PI复合结构第四表面涂覆3纳米厚的金膜后的AFM照片。

图10为本发明第二实施例提供的碳纳米管复合结构的制备方法的工艺流程图。

图11为本发明第三实施例提供的碳纳米管复合结构的制备方法的工艺流程图。

图12为本发明第四实施例提供的碳纳米管复合结构的制备方法的工艺流程图。

主要元件符号说明

基底 100

第一表面 102

碳纳米管结构 110

第二表面 112

间隙 116

碳纳米管 118

接触表面 117

第三表面 114

单体溶液 140

聚合物 120

下表面 122

碳纳米管复合结构 130，160，170，180

第四表面 132

石墨烯层 150

预制体 172

基板 174

模具 176

容器 182

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的碳纳米管复合结构及其制备方法作进一步的详细说明。

请参见图1，本发明第一实施例提供一种碳纳米管复合结构130的制备方法，包括以下步骤：

S1，将一碳纳米管结构110设置在一基底100的第一表面102，该碳纳米管结构110具有相对的第二表面112和第三表面114，该第三表面114与基底100的第一表面102直接接触；

S2，提供一单体溶液140，该单体溶液140是将单体分散至有机溶剂中形成，并将该单体溶液140涂覆至所述碳纳米管结构110；

S3，使所述单体聚合；

S4，去除所述基底100，得到碳纳米管复合结构130。

步骤S1中，所述碳纳米管结构110包括多个均匀分布的碳纳米管118，相邻碳纳米管118之间具有间隙116。该多个碳纳米管118平行于碳纳米管结构110的第二表面112和第三表面114，该多个碳纳米管118也平行于基底100的第一表面102，并且碳纳米管118之间通过范德华力紧密结合。所述碳纳米管118包括单壁碳纳米管118、双壁碳纳米管118及多壁碳纳米管118中的一种或多种。所述单壁碳纳米管118的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管118的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管118的直径为1.5纳米～50纳米。所述碳纳米管结构110是由碳纳米管118组成的纯结构。所述碳纳米管118为无序或有序排列。这里的无序排列指碳纳米管118的排列方向无规律，这里的有序排列指至少多数碳纳米管118的排列方向具有一定规律。具体地，当碳纳米管结构110包括无序排列的碳纳米管118时，碳纳米管118相互缠绕或者各向同性排列；当碳纳米管结构110包括有序排列的碳纳米管118时，碳纳米管118沿一个方向或者多个方向择优取向排列。所述碳纳米管结构110可以为碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或者碳纳米管碾压膜。

请参见图2，所述碳纳米管拉膜包括多个首尾相连且沿同一方向延伸的碳纳米管118。所述碳纳米管118均匀分布，且平行于碳纳米管拉膜表面。所述碳纳米管拉膜中的碳纳米管118之间通过范德华力连接。一方面，首尾相连的碳纳米管118之间通过范德华力连接，另一方面，平行的碳纳米管118之间部分亦通过范德华力结合，故，该碳纳米管拉膜具有一定的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。所述碳纳米管拉膜可通过直接拉伸一碳纳米管阵列获得。

当所述碳纳米管结构110包括至少两层重叠设置的碳纳米管拉膜时，相邻的碳纳米管拉膜之间通过范德华力紧密结合。进一步，相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管118的延伸方向之间形成一夹角α，0≤α≤90度，具体可依据实际需求而进行调整。所述至少两层碳纳米管拉膜交叉重叠设置时，可以提高碳纳米管结构110的机械强度，进而提高碳纳米管复合结构130的机械强度。本实施例中，所述碳纳米管结构110为两层重叠交叉设置的碳纳米管拉膜，并且两层碳纳米管拉膜中碳纳米管118的延伸方向形成的夹角为90度。

请参见图3，所述碳纳米管絮化膜为各向同性，其包括多个无序排列且均匀分布的碳纳米管118。碳纳米管118之间通过范德华力相互吸引、相互缠绕。因此，碳纳米管絮化膜具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂，且具有良好的自支撑性能。

请参见图4和图5，所述碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管118，碳纳米管118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118与碳纳米管碾压膜的表面成一夹角α，其中，α大于等于零度且小于等于15度(0≤α≤15°)。优选地，所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管118平行于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118具有不同的排列形式。请参见图4，碳纳米管118在碳纳米管碾压膜中可沿一固定方向择优取向排列；请参见图5，碳纳米管碾压膜中的碳纳米管118可沿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118部分交叠。所述碳纳米管碾压膜中碳纳米管118之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管碾压膜具有很好的柔韧性，可以弯曲折叠成任意形状而不破裂。且由于碳纳米管碾压膜中的碳纳米管118之间通过范德华力相互吸引，紧密结合，使碳纳米管碾压膜具有良好的自支撑性能。所述碳纳米管碾压膜可通过沿一定方向或不同方向碾压一碳纳米管阵列获得。

所述自支撑是指所述碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜均不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态，即将所述碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜置于(或固定于)间隔一固定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管拉膜、碳纳米管絮化膜或碳纳米管碾压膜能够保持自身层状状态。

所述基底100的第一表面102是纳米级平整。该纳米级平整是指一个第一表面102非常平整，达到了纳米级，或者说该第一表面102的高低起伏的高度差在纳米级。具体的，所述第一表面102的高低起伏的高度差大于等于零且小于等于30纳米。比如，所述第一表面102的高低起伏的高度差大于等于零且小于等于20纳米，或者所述第一表面102的高低起伏的高度差大于等于零且小于等于10纳米。所述基底100的材料可以是蓝宝石、单晶石英、氮化镓、砷化镓、硅、石墨烯、聚合物等多种材料中的一种或几种。可以理解，所述基底100的熔点需要大于单体聚合时所需的温度。所述基底100的长度、宽度及厚度不限，根据需要可以调整。本实施例中，所述基底100的材料为硅片。

进一步，可以在所述碳纳米管结构110的第二表面112滴落一些有机溶剂，当该有机溶剂挥发时，在该有机溶剂表面张力的作用下，可以使碳纳米管结构110与基底100的第一表面102之间的空气去除，使得碳纳米管结构110紧密贴合在基底100的第一表面102上。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等。

步骤S2中，所述单体是指能发生聚合反应或缩聚反应等而形成聚合物120的化合物。该聚合物120包括酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、聚氨酯(PU)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、苯丙环丁烯(BCB)、聚环烯烃或聚酰亚胺(PI)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。本实施例中，所述单体是酰亚胺，所述聚合物120是聚酰亚胺。所述有机溶剂包括乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等。

由于单体溶液140粘性小，流动性好，当单体溶液140涂覆在碳纳米管结构110的第二表面112时，该单体溶液140可以通过相邻碳纳米管118之间的间隙116渗透到基底100的部分第一表面102。该第一表面102可以看作两部分，一部分与单体溶液140直接接触并被该单体溶液140覆盖，另一部分依然与所述碳纳米管118直接接触。所述涂覆单体溶液140的方式不限，比如旋涂、甩涂等。本实施例中，采用涂膜仪将单体溶液140涂覆在碳纳米管结构110上。

步骤S3中，使所述单体聚合的方式不限，比如高温处理等。具体的，将涂覆了单体溶液140的碳纳米管结构110以及基体100一起放入反应炉内，加热至单体发生聚合反应所需要的温度，使单体发生聚合反应形成聚合物120。将碳纳米管118与基底100的第一表面102直接接触的表面定义为接触表面117。由于碳纳米管118是管状，因此所述碳纳米管结构110的第三表面114实际上是弯弯曲曲的表面。所述接触表面117是所述第三表面114的一部分。除了该接触表面117之外，碳纳米管118剩余的第三表面114以及相邻碳纳米管118之间的间隙116均渗透有单体溶液140。当单体聚合形成固态的聚合物120时，该聚合物120实际上与所述碳纳米管结构110复合在了一起，成为一个整体，即碳纳米管复合结构130。

步骤S4中，采用将所述碳纳米管复合结构130从所述基底100的第一表面102剥离下来去除所述基底100的方式不限。可以采用水浸泡、刀片、胶带或其它工具将碳纳米管复合结构130从所述基底100整体剥离。

在单体溶液140的涂覆以及单体发生聚合的过程中，由于基底100的表面102是纳米级平整，单体溶液140不能渗透至所述接触表面117与第一表面102之间，因此，所述接触表面117始终与所述第一表面102直接接触。也即，与基底100第一表面102直接接触的碳纳米管118始终是与基底100第一表面102直接接触。因此，当将所述碳纳米管复合结构130整体剥离下来时，所述接触表面117暴露在外，并没有被聚合物120覆盖。也即，与基底100第一表面102直接接触的碳纳米管118中的部分管壁是暴露在外的，并没有被所述聚合物120包覆。也就是说，碳纳米管118中与基底100第一表面102直接接触的管壁的外表面没有被所述聚合物120包覆，除此之外，碳纳米管118中与基底100没有直接接触的管壁外表面均被所述聚合物120包覆，同时材料可能存在电子隧穿现象，增强了材料的导电性。

所述碳纳米管复合结构130包括多个碳纳米管118和聚合物120，该多个碳纳米管118在聚合物120中均匀分散，并且该多个碳纳米管118在聚合物120中首尾相连且沿同一方向延伸。或者所述碳纳米管118沿不同方向延伸，或者所述碳纳米管118相互缠绕成网络状结构。该碳纳米管复合结构130具有一第四表面132，在碳纳米管复合结构130没有从基底100上剥离之前，该第四表面132与基底100的第一表面102直接接触。所述碳纳米管118的延伸方向平行于该第四表面132。部分碳纳米管118(具体指与所述第一表面102直接接触的碳纳米管118)的部分表面(具体指所述接触表面117)与所述碳纳米管复合结构130的第四表面132处于同一平面。所述聚合物120靠近基底100的表面定义为下表面122，所述接触表面117与该下表面122共同组成碳纳米管复合结构130的第四表面132。也即，所述接触表面117是所述第四表面132的一部分，并且暴露在外，并未被所述聚合物120覆盖，形成一暴露表面。可以理解，该暴露表面从所述聚合物120的下表面122突出，且该暴露表面至聚合物120的下表面122的高度差在纳米级。由于基底100的第一表面102是纳米级平整，因此，去除基底100之后，所得到的碳纳米管复合结构130的第四表面132也是纳米级平整。该纳米级平整是指，所述聚合物120的下表面122与所述接触表面117之间的高度差大于等于零且小于等于30纳米。比如，所述聚合物120的下表面122与所述接触表面117之间的高度差大于等于零且小于等于20纳米，或者所述聚合物120的下表面122与所述接触表面117之间的高度差大于等于零且小于等于10纳米。

本发明具体实施例仅以聚合物为聚酰亚胺，碳纳米管结构110为垂直交叉重叠设置的两层碳纳米管拉膜为例来说明，但不能对本发明造成限定。

将30.68mL无水DMAc(N,N’-二甲基乙酰胺)放入三口烧瓶中。室温下，在氮气环境中，将2.0024g的ODA(4,4’-二胺基二苯醚，10mmol)放置于所述三口烧瓶中。当所述ODA完全溶解于DMAc中时，将2.1812g的PMDA(均苯四甲酸二酐，10mmol)一次性加入所述三口烧瓶中。室温下，在氮气环境中所述混合物被搅拌12个小时，得到PAA(聚酰胺酸)溶液，固含量约为12％。由Cone Plate粘度计测的所述PAA溶液的粘度为7046cp。将垂直交叉重叠设置的两层碳纳米管拉膜放置于硅片上，然后将所述PAA溶液涂覆在所述两层碳纳米管拉膜远离硅片的表面上，该PAA溶液渗透至所述两层碳纳米管拉膜中，得到一预制结构。将该预制结构放入马弗炉中进行固化，固化温度分别是80度、120度、180度、300度和350度，每个温度段保温1h。最后，将碳纳米管/聚酰亚胺(CNT/PI)复合结构从硅片上剥离下来。

由图6可以看出，碳纳米管在CNT/PI复合结构中均匀分散，并且具有取向性，也即碳纳米管的分散性高。

图7是在CNT/PI复合结构的第四表面132镀一层3纳米厚的金膜后的SEM照片。图7可看出涂覆金膜后的第四表面132是一层平坦的表面，没有高低起伏，这说明图6中的碳纳米管图像源于二次电子发射，并非表面高低起伏，CNT/PI复合结构中部分碳纳米管的部分表面与该CNT/PI复合结构的第四表面132处于同一表面，并且CNT/PI复合结构的第四表面132纳米级平整。从图8和图9也可以明显得知，CNT/PI复合结构的第四表面132是纳米级平整的表面。

请参见图10，本发明第二实施例提供一种碳纳米管复合结构160的制备方法，包括以下步骤：

S1’，将所述碳纳米管结构110设置在所述基底100的第一表面102上，所述碳纳米管结构110的第三表面114与基底100的第一表面102直接接触；

S2’，将一石墨烯层150设置在所述碳纳米管结构110的第二表面112；

S3’，将所述单体溶液140涂覆至所述石墨烯层150和碳纳米管结构110；

S4’，使所述单体聚合；

S5’，去除所述基底110，得到碳纳米管复合结构160。

步骤S2’中，所述石墨烯层150为一个二维结构的具有一定面积的膜结构。该石墨烯层150包括多层石墨烯，该多层石墨烯可以相互搭接形成石墨烯层150，相邻石墨烯之间形成孔隙(图未示)。所述石墨烯为由多个碳原子通过sp

所述石墨烯层150为一自支撑结构，所述自支撑为石墨烯层150不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该石墨烯层150置于(或固定于)间隔一固定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的石墨烯层150能够悬空保持自身膜状状态。实验表明，石墨烯并非一个百分之百的光洁平整的二维膜，而是有大量的微观起伏在单层石墨烯的表面上，单层石墨烯正是借助这种方式来维持自身的自支撑性及稳定性。

步骤S3’中，由于相邻石墨烯之间形成孔隙，当所述单体溶液140被涂覆至石墨烯层150时，该单体溶液140可以通过石墨烯层150中的孔隙到达碳纳米管结构110，并通过碳纳米管118之间的间隙116到达基底100的第一表面102。然而，由于基底100的第一表面102是纳米级平整，碳纳米管118中的接触表面117与所述第一表面102之间并没有单体溶液140。经过后续的单体聚合和去除基底100之后，碳纳米管118中的接触表面117不会被聚合物120覆盖，是暴露在外的，形成一暴露表面。可以理解，该暴露表面从所述聚合物表面突出，且该暴露表面至聚合物120的下表面122的高度差在纳米级。碳纳米管复合结构160也具有一与第一实施例相同的纳米级平整的表面。即，该纳米级平整是指，所述聚合物120的下表面122与所述接触表面117之间的高度差大于等于零且小于等于100纳米。比如，所述聚合物120的下表面122与所述接触表面117之间的高度差大于等于零且小于等于50纳米，或者所述聚合物120的下表面122与所述接触表面117之间的高度差大于等于零且小于等于10纳米。

步骤S2’和S3’除上述的介绍之外，步骤S2’和S3’中其余的材料、操作、参数等均与第一实施例相同。另外，步骤S1’、S4’和S5’分别与第一实施例中的步骤S1、S3和S4相同。

本实施例中，在碳纳米管复合结构160中进一步复合了石墨烯，提高了碳纳米管复合结构160的机械性能和导热性能。

请参见图11，本发明第三实施例提供一种碳纳米管复合结构170的制备方法，包括以下步骤：

S31，将所述碳纳米管结构110设置在所述基底100的第一表面102上，所述碳纳米管结构110的第三表面114与基底100的第一表面102直接接触，形成一预制体172；

S32，将两个所述预制体172间隔设置在一基板174上，所述两个基底100和该基板174封装成一端开口的模具176，两个基底100上的碳纳米管结构110相对设置且均位于该模具176的内部；

S33，将所述单体溶液140沿模具176的开口注入该模具176的内部；

S34，使所述单体聚合；

S35，去除所述基底110和基板174，得到碳纳米管复合结构170。

步骤S32中，所述两个预制体172和所述基板174封装成模具176的方法不限，比如，通过密封胶将两个预制体172和基板174这三个元件粘在一起或机械卡固在一起。所述密封胶可为706B型号硫化硅橡胶。所述模具176顶部具有所述开口。每个预制体172中的碳纳米管结构100均位于该模具176的模腔内，每个预制体172中的基底100形成该模具176的侧壁。因此，所述两个预制体172中的两个基底100形成该模具176相对的两个侧壁。所述基板174的材料不限，可以为玻璃、二氧化硅、金属或金属氧化物等。本实施例中，所述基板174的材料为玻璃。

为了使预制体172中的碳纳米管结构110贴合在基底100的第一表面102上，不会因为自身的重力而脱落，可以滴涂所述有机溶剂使得碳纳米管118粘附于基底100的第一表面102上。

另外，为了使预制体172中的碳纳米管结构110贴合在基底100的第一表面102上，不会因为自身的重力而脱落，也可以采用面积大于第一表面102的碳纳米管结构110，当碳纳米管结构110设置在第一表面102时，将多余的碳纳米管结构110弯折至基底100中与第一表面102相对设置的另一面。如果将基底100的第一表面102视为“基底100的前面”，那么基底100中与第一表面102相对设置的另一面即为“基底100的背面”。也即，将碳纳米管结构110设置在基底100的前面，将多余的碳纳米管结构110弯折至基底100的背面，并在基底100的背面涂覆粘结剂，从而将碳纳米管结构110固定至基底100上或通过机械方法固定。可以理解，所述粘结剂的耐热温度大于单体溶液140发生聚合反应时所需的温度。

步骤S33中，将所述单体溶液140沿着模具176的内壁缓慢注入膜腔内，使所述单体溶液140没过碳纳米管结构110。单体溶液140在模具中的液面要超过碳纳米管结构110，使单体溶液140完全浸润碳纳米管结构110。由于碳纳米管结构110被基底100支撑，所以当注入单体溶液140时，该单体溶液140不会破坏碳纳米管结构100的完整性。

步骤S32和S33除上述的介绍之外，步骤S32和S33中其余的材料、操作、参数等均与第一实施例相同。另外，步骤S31、S34和S35分别与第一实施例中的步骤S1、S3和S4相同，这里不再赘述。

本实施例中，当去除所述基底100后，所述碳纳米管复合结构170具有相对的两个纳米级平整的表面。该两个纳米级平整的表面的形成原理与第一实施例相同，这里不再赘述。

请参见图12，本发明第四实施例提供一种碳纳米管复合结构180的制备方法，包括以下步骤：

S41，将一碳纳米管结构110设置在一基底100的第一表面102，该碳纳米管结构110具有相对的第二表面112和第三表面114，该第三表面114与基底100的第一表面102直接接触；

S42，将承载所述碳纳米管结构110的基底100放入一容器182内，该容器182具有一开口；

S43，将所述单体溶液140沿所述容器182的内壁从所述容器182的开口注入该容器182内；

S44，使所述单体聚合；

S45，去除所述基底110和所述容器182，得到碳纳米管复合结构180。

步骤S42中，所述容器182具有一底部，该底部与所述容器182的开口相对设置。当承载所述碳纳米管结构110的基底100放入所述容器182内时，所述基底100位于容器182的底部且与容器182的底部直接接触，所述碳纳米管结构110相对于基底100而言是更靠近容器182的开口。所述容器182的材料不限，可以为玻璃、二氧化硅、金属或金属氧化物等。本实施例中，所述容器182的材料为玻璃。

步骤S43中，将所述单体溶液140沿着容器182的内壁缓慢注入容器182内。可以调节单体溶液140的用量，使得单体溶液140将整个碳纳米管结构110完全没过或者浸润，或者仅仅将部分碳纳米管结构100浸润。由于碳纳米管结构110被基底100支撑，所以当注入单体溶液140时，该单体溶液140不会破坏碳纳米管结构100的完整性。

步骤S42和S43除上述的介绍之外，步骤S42和S43中其余的材料、操作、参数等均与第一实施例相同。另外，步骤S41、S44和S45分别与第一实施例中的步骤S1、S3和S4相同，这里不再赘述。

本实施例中，当去除所述容器182和基底100后，所述碳纳米管复合结构180具有一个纳米级平整的表面。该纳米级平整的表面的形成原理与第一实施例相同，这里不再赘述。

当单体溶液140仅将碳纳米管结构100靠近基底100的部分浸润时，最终得到的碳纳米管复合结构180中，聚合物120的厚度小于碳纳米管结构110的厚度。因此，该碳纳米管复合结构180，可能有一部分碳纳米管118会完全被聚合物120包覆，而另一部分碳纳米管118暴露于聚合物120。本实施例中，所述碳纳米管结构110包括多层层叠设置的碳纳米管拉膜(例如3层碳纳米管拉膜)，调节单体溶液140的用量，使所述单体溶液140没过靠近基底100的部分碳纳米管结构110；最后得到的碳纳米管复合结构180中，中间层的碳纳米管118被聚合物120完全包覆，最上层的碳纳米管118大部分暴露于聚合物120，最下层的碳纳米管118与基底100的第二表面102直接接触的碳纳米管118的接触表面117暴露，且与聚合物120的下表面122形成具有纳米级平整的表面。

相对于现有技术，本发明提供的碳纳米管复合结构的制备方法具有以下优点：第一、本发明将碳纳米管结构设置在一纳米级平整的基底上，然后将聚合物单体溶液涂覆在碳纳米管结构上，相比于熔融的聚合物，聚合物单体溶液的粘性小，流动性好，可以均匀分布在所述碳纳米管结构中，当固化所述单体使其聚合时，所得到的碳纳米管复合结构中，碳纳米管具有良好的分散性；第二、去除基底后，得到纳米级平整的碳纳米管复合结构，并且碳纳米管在聚合物中部分暴露，提高了碳纳米管复合结构的导电性；第三、碳纳米管在碳纳米管复合结构中具有较高的含量，并且碳纳米管取向和含量可控。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，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之内。