CN116281963A - 一种大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法及应用。所述后处理方法包括：使原始碳纳米管薄膜浸润于氯磺酸中静置，之后置于空气中，使碳纳米管薄膜内部的氯磺酸分子能够与空气中的水分子反应，而后在碳纳米管薄膜内部生成硫酸分子，促使水分子进入到碳纳米管薄膜内部；之后再次置于氯磺酸中，使其与水分子化学反应产生氯化氢气体，致使碳纳米管薄膜膨胀；进行牵伸处理后再次浸润于氯磺酸溶液中，最后进行高温真空退火热处理。本发明制备的碳纳米管薄膜的拉伸强度在GPa量级，电导率在10⁶S/m级别，且表面平整度更高，有利于其与其他材料复合，构筑出结合力更强的复合界面，进而有利于复合材料最终力、电学性能的大幅提升。

Description

一种大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法及应用

技术领域

本发明涉及一种大幅提高碳纳米管薄膜的力学和电学性能的后处理方法，属于碳纳米管后处理技术领域。

背景技术

碳纳米管具有极长的电子平均自由程，研究数据显示其最长可超过30μm(铜：40nm)，极大的电子平均自由程赋予了碳纳米管优异的电导率(理论值可达10⁸S/m)，相比铜，在数值上可实现一个数量级的提升。于此同时，碳纳米管还兼具密度低、化学性能稳定、热导率优异和拉伸力学强度高等优良特性，因此，碳纳米管成为了一种重要的高导电候选材料。

但是，碳纳米管宏观体在组装的过程中，难以避免地会引入各种类型的缺陷，如宏观体微观组织内部的大量孔隙，碳纳米管与碳纳米管之间较小的接触面积，以及较差的碳纳米管取向分布；最终导致碳纳米管宏观体的现有电学性能距理论值存在较大的差距。数据显示，浮动催化法生产出的碳纳米管薄膜的电导率普遍位于8×10⁴S/m左右，拉伸力学强度仅为100MPa左右，距离实际应用的力、电学性能水平具有较大的差距。

为了解决碳纳米管薄膜力、电性能低的问题，现有的方法是对浮动催化法制备的碳纳米管薄膜进行空气中的牵伸、滚压、热压和高温石墨化等方法，来实现碳纳米管薄膜力、电学性能的提升，然后该类方法的提升效果有限。在电学性能方面，其数量级位于10⁵S/m量级；在力学性能方面，处理后仅薄膜的局部可以达到GPa量级，碳纳米管薄膜现有牵伸增强方法中，由于碳纳米管薄膜本身微观组织的不均匀性，导致该方法的成功率较低，且碳纳米管表面的电学性能和力学性能分布并不均匀，虽然局部可获得较高的拉伸强度，但碳纳米管薄膜整体的力学性能较差。在滚压和热压增强方面，同样由于碳纳米管薄膜的不均匀性，在挤压得过程中容易导致碳纳米管薄膜得断裂，严重影响实验得成功概率；且挤压出得碳纳米管薄膜表面往往具有较多得凹坑和断裂，薄膜得平整度较差，严重影响到了后续碳纳米管薄膜与其他材料复合时得界面结构和界面性能。

最近又有研究者开发出了碳纳米管薄膜的氯磺酸处理工艺，通过该后处理工艺实现了碳纳米管薄膜微观组织结构的致密化，进而实现了其力、电性能的大幅提升。虽然制备的碳纳米管薄膜的电学性能较好，能够提升到1×10⁶S/m，但是其拉伸力学强度仍然很低，位于250MPa左右，远远达不到GPa量级，所制备出的碳纳米管薄膜的力、电学综合性能较差，不能满足实际工况条件对碳纳米管薄膜力学性能的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种大幅提高碳纳米管薄膜的力学和电学性能的后处理方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种大幅提高碳纳米管薄膜的力学和电学性能的后处理方法，其包括：

(1)使原始碳纳米管薄膜充分浸润于氯磺酸中，并静置，使氯磺酸分子进入碳纳米管薄膜内部；

(2)将步骤(1)所获充分浸润氯磺酸后的碳纳米管薄膜置于空气中，使碳纳米管薄膜内部的氯磺酸分子能够与空气中的水分子充分发生反应，而后在碳纳米管薄膜内部生成硫酸分子，并使水分子进入到碳纳米管薄膜内部；

(3)将步骤(2)所获碳纳米管薄膜再次置于氯磺酸中，使氯磺酸与水分子进行化学反应产生氯化氢气体，致使碳纳米管薄膜产生膨胀，膨胀倍数为500以上；

(4)对步骤(3)所获膨胀后的碳纳米管薄膜进行牵伸处理，牵伸处理的幅度为50％～500％；

(5)使经牵伸处理后的碳纳米管薄膜重复进行步骤(1)多次；

(6)对步骤(5)所获碳纳米管薄膜进行高温真空退火热处理，制得高强度、高导电碳纳米管薄膜，所述高温真空退火热处理的温度在300℃以下，真空度＜10^-2Pa；

所述高强度、高导电碳纳米管薄膜的拉伸强度在GPa量级，电导率在10⁶S/m级别。

本发明实施例还提供了由前述方法制得的高强度、高导电碳纳米管薄膜。

本发明实施例还提供了前述的大幅提高碳纳米管薄膜的力学和电学性能的后处理方法于制备高性能碳纳米管薄膜复合材料中的应用。

相应的，本发明实施例还提供了一种高性能碳纳米管薄膜复合材料，它是由前述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法制得的高强度、高导电碳纳米管薄膜与高性能材料复合形成的，所述高性能材料包括石墨烯、Mxene等材料中的至少任一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)本发明提供的后处理方法可以使目前规模化生产量最大的浮动碳纳米管薄膜力学性能最高达到2GPa(该力学性能目前在世界上处于领先水平)，去除了高性能薄膜对阵列法，以及牵伸生长浮动碳纳米管薄膜的依赖，进而实现了生产成本的大大降低，并提高了工业化规模生产的可行性；

2)本发明所制备出的高强、高导电碳纳米管薄膜的表面平整度更高，有利于碳纳米管薄膜与其他材料复合，构筑出结合力更强的复合界面，进而有利于复合材料最终力、电学性能的大幅提升(碳纳米管薄膜追求的是表面平整度更高，纤维致密化后，表面有锯齿结构)；并且，制备的高强、高导电碳纳米管薄膜的厚度接近百纳米级别，进而降低了薄膜大尺寸带来的缺陷数量，更有利于碳纳米管本征优异力、电学性能的发挥。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一典型实施方案中对碳纳米管薄膜进行致密和牵伸过程的示意图；

图2a是原始态碳纳米管薄膜的微观组织示意图；

图2b是本发明一典型实施例中致密化+0％牵伸碳纳米管薄膜的微观组织图；

图2c是本发明一典型实施例中致密化+50％牵伸碳纳米管薄膜的微观组织图；

图2d是本发明一典型实施例中致密化+200％牵伸碳纳米管薄膜的微观组织图；

图3a是本发明一典型实施例中致密牵伸化对碳纳米管薄膜的拉伸力学性能示意图；

图3b是本发明一典型实施例中致密牵伸化对碳纳米管薄膜的电学性能示意图；

图4a是原始态碳纳米管薄膜的微断口形貌图；

图4b是本发明一典型实施例中致密化+0％牵伸碳纳米管薄膜的微断口形貌图；

图4c是本发明一典型实施例中致密化+50％牵伸碳纳米管薄膜的微断口形貌图；

图4d是本发明一典型实施例中致密化+200％牵伸碳纳米管薄膜的微断口形貌图；

图5是本发明一典型实施例中牵伸致密化后的碳纳米管薄膜厚度示意图。

具体实施方式

为了解决上述问题，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，主要是基于氯磺酸对碳纳米管的质子化作用、氯磺酸对碳纳米管薄膜的膨胀作用以及电偶极子的取向力作用，发明了一种能够使碳纳米管薄膜的力、电学性能同时得到大幅提升的后处理方法。该方法包括碳纳米管薄膜在氯磺酸中的充分浸润，碳纳米管薄膜的大幅蓬松技术，碳纳米管薄膜的大幅牵伸和碳纳米管薄膜的退火工艺，通过碳纳米管薄膜的致密化和大幅度牵伸，可实现拉伸强度GPa量级、电导率10⁶S/m左右高性能碳纳米管薄膜的制备。

如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例的一个方面提供的一种大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法包括：

(1)使原始碳纳米管薄膜充分浸润于氯磺酸中，并静置，使氯磺酸分子进入碳纳米管薄膜内部；

(2)将步骤(1)所获充分浸润氯磺酸后的碳纳米管薄膜置于空气中，使碳纳米管薄膜内部的氯磺酸分子能够与空气中的水分子充分发生反应，而后在碳纳米管薄膜内部生成硫酸分子，并使水分子进入到碳纳米管薄膜内部；

(3)将步骤(2)所获碳纳米管薄膜再次置于氯磺酸中，使氯磺酸与水分子进行化学反应产生氯化氢气体，致使碳纳米管薄膜产生膨胀；

(4)对步骤(3)所获膨胀后的碳纳米管薄膜进行牵伸处理，牵伸处理的幅度为50％～500％；

(5)使经牵伸处理后的碳纳米管薄膜重复进行步骤(1)多次；

(6)对步骤(5)所获碳纳米管薄膜进行高温真空退火热处理，制得高强度、高导电碳纳米管薄膜，所述高温真空退火热处理的温度在300℃以下，真空度＜10^-2Pa。

本发明的反应机理在于：基于氯磺酸对碳纳米管的质子化作用、氯磺酸对碳纳米管薄膜的膨胀作用以及电偶极子的取向力作用，通过氯磺酸溶液中碳纳米管薄膜的充分浸润，实现了碳纳米管薄膜内部氯磺酸分子的充分填充，之后通过氯磺酸分子与水反应过程中氯化氢气体的大量产生，实现了碳纳米管薄膜的急剧膨胀；在上述化学反应对碳纳米管薄膜膨胀作用的基础之上，通弛豫牵伸，实现了薄膜内部碳纳米管的大幅取向化；通过高温真空热处理，以及电偶极子的取向力作用，实现了碳纳米管薄膜微观组织的大幅致密化。最终通过薄膜内部碳纳米管取向化程度的提高，及碳纳米管薄膜内部致密化程度的提高，实现了浮动催化碳纳米管薄膜的力学、电学等性能的大幅提升。

在一些实施例中，所述后处理方法的步骤(1)具体包括：将原始碳纳米管薄膜充分浸润于氯磺酸溶液中，并静置12h以上，使氯磺酸分子进入碳纳米管薄膜内部，至碳纳米管薄膜处于柔软状态。本发明涉及到碳纳米管薄膜在氯磺酸中的浸泡，实验表明，碳纳米管薄膜在任何质子化酸中进行牵伸处理都会实现其致密化程度的提高，进而实现其力学、电学，甚至热学性能的提高。

在一些实施例中，所述后处理方法的步骤(2)具体包括：将充分浸润氯磺酸后的碳纳米管薄膜置于潮湿的空气中，使碳纳米管薄膜内部的氯磺酸分子能够与空气中的水分子充分发生反应，从而在碳纳米管薄膜内部生成硫酸分子，并使水分子进入到碳纳米管薄膜内部，待碳纳米管薄膜表面没有氯化氢白雾产生为止。

在一些实施例中，步骤(3)中，膨胀后碳纳米管薄膜的膨胀倍数为500倍以上，优选为500～1000倍，膨胀范围为厚度最大可从5μm到5000μm。本发明巧妙综合利用到了氯磺酸对碳纳米管薄膜的质子化，以及氯磺酸和水反应对碳纳米管微观组织的膨胀。进而实现了碳纳米管薄膜牵伸程度的大幅提升。

在一些实施例中，所述后处理方法的步骤(4)具体包括：对膨胀后的碳纳米管薄膜进行50％～500％，优选200％～400％的牵伸，待碳纳米管薄膜绷直以后，保持静止2h以上；之后再次进行绷直和静置，并重复前述步骤三次以上，直至最终实现碳纳米管薄膜的牵伸，50％～500％范围内的任意牵伸量，根据实验需求可选择。由于宏观尺寸和宏观力较大，牵伸过程中需要手动(或机器)额外提供较大的牵伸作用力。

在一些实施例中，所述后处理方法的步骤(5)具体包括：将牵伸后的碳纳米管薄膜再次浸润于氯磺酸中，放置12h以上。本发明涉及到碳纳米管薄膜在氯磺酸中的多次膨胀，进而实现碳纳米管薄膜牵伸程度的逐步提高。

在一些实施例中，所述后处理方法的步骤(6)具体包括：将再次浸润氯磺酸的碳纳米管薄膜放置于真空退火设备中，并对所述真空退火设备的反应腔室进行抽真空处理，待真空抽到＜10^-2Pa时，对真空退火设备进行加热，加热速率小于10℃/min，加热温度不高于300℃(100℃～300℃之间)，时间不低于3h，使得碳纳米管薄膜内部氯磺酸全部去除。

考虑到实验效果的最优化，本发明在实施过程中对退火热处理的温度和真空度进行了选择；当温度较高(高于300℃)、且真空度较低时(＞10^-2Pa)，碳纳米管薄膜的致密化程度较低，当温度较低(不高于300℃)、且真空度较高(＜10^-2Pa，尤其＜10^-4Pa)时，碳纳米管薄膜的致密化程度较高，最终碳纳米管薄膜的力学、电学等性能提升幅度也大。

并且，在对碳纳米管薄膜进行高温真空退火热处理过程中，需要压平薄膜表面，保持薄膜形貌。

本发明实施例的另一个方面还提供了由前述制备方法制得的高强度、高导电碳纳米管薄膜。

进一步的，所述高强度、高导电碳纳米管薄膜的拉伸强度在GPa量级，电导率在10⁶S/m级别。

进一步的，所述高强度、高导电碳纳米管薄膜的厚度在百纳米级别以上。

综上所述，本发明所制备出的高强、高导电碳纳米管薄膜的表面平整度更高(滚压，热压和石墨化处理会导致薄膜表面粗糙不平)，有利于碳纳米管薄膜与其他材料复合，构筑出结合力更强的复合界面，进而有利于复合材料的最终力、电学等性能的大幅提升。

本发明在高性能碳纳米管薄膜的制备环节，涉及到碳纳米管薄膜的多次膨胀和牵伸，该过程为致密化碳纳米管与石墨烯，以及Mxene等高性能材料的复合提供了良好的工艺条件，有利于更高电学性能和更多功能碳纳米管薄膜复合材料的制备，大大提高了碳纳米管在实际生产生活中的应用领域。

本发明实施例的另一个方面还提供了前述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法或高强度、高导电碳纳米管薄膜于制备高性能碳纳米管薄膜复合材料中的应用。

本发明的碳纳米管薄膜表面平整度达到单根碳纳米管尺度量级，可以在碳纳米管薄膜表面进行10nm左右连续金属薄膜的物理沉积。

相应的，本发明实施例的另一个方面还提供了一种高性能碳纳米管薄膜复合材料，它是由前述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法制得的高强度、高导电碳纳米管薄膜与高性能材料复合形成的，所述高性能材料包括石墨烯、Mxene等材料中的至少任一种，但不限于此。

下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

请参阅图1所示，本实施例的一种大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法的具体技术步骤为：

一、碳纳米管薄膜在氯磺酸液体中的充分浸润

取一定长度和宽度的碳纳米管薄膜(如1cm～50cm，或者不小于1cm的任意长度和任意宽度)，固定于夹具上，保持碳纳米管薄膜的伸展状态，之后将碳纳米管薄膜放置于氯磺酸溶液中，保证碳纳米管薄膜充分浸没入氯磺酸溶液内部，之后静置12h以上，待碳纳米管薄膜彻底处于柔软状态后即可。

本步骤的实验过程中需要夹具固定碳纳米管薄膜，保持碳纳米管在实验过程中薄膜形貌，以防薄膜发生卷曲。

二、碳纳米管薄膜的膨胀工艺技术及牵伸处理

将充分浸润氯磺酸后的碳纳米管薄膜放置于潮湿的空气中，使碳纳米管薄膜内部的氯磺酸分子能够与空气中的水分充分发生反应，而后在碳纳米管薄膜内部生成硫酸分子，并继续利用硫酸分子的强吸水性，使水分子缓慢进入到碳纳米管薄膜内部，待碳纳米管表面没有氯化氢白雾产生为止。

在上一步的基础之上，将碳纳米管薄膜放置于氯磺酸溶液中，利用氯磺酸与水分子的化学反应中氯化氢气体的产生，使碳纳米管薄膜产生大幅的膨胀，之后对膨胀后的碳纳米管薄膜进行一定量的牵伸(50％～500％的任意牵伸量，保证薄膜始终处于绷紧状态即可，由实验决定)，待薄膜绷直以后，保持静止2h以上；之后再进行绷直和静置，上述过程进行三次以上，直至最终实现碳纳米管薄膜的大幅牵伸(达到最终的最大牵伸量即可)，之后将碳纳米管薄膜在氯磺酸中放置12h以上。本实施例会进行多次循环步骤，是因为如果一次就进行大量牵伸的话，薄膜容易发生断裂。

三、碳纳米管薄膜高温真空退火处理

将浸润氯磺酸溶液的碳纳米管薄膜放置于真空退火炉中，对样品所在的炉管空间进行抽真空处理，待真空抽到＜10^-2Pa时，对管式炉进行加热，加热速率小于10℃/min，加热温度不能高于300℃(100℃～300℃)，时间不低于3h，最终实现碳纳米管薄膜内部氯磺酸的全部去除。

本案发明人还对最终所获碳纳米管薄膜进行了如下各方面的表征与测试：

(1)碳纳米管薄膜微观组织方面的影响

图2a-图2d所示为牵伸致密化对碳纳米管微观组织的影响规律，其中，图2a为原始态碳纳米管薄膜的微观组织示意图，图2b为致密化+0％牵伸碳纳米管薄膜的微观组织图，图2c为致密化+50％牵伸碳纳米管薄膜的微观组织图，图2d为致密化+200％牵伸碳纳米管薄膜的微观组织图，结果表明，原始态碳纳米管薄膜内部的微观组织比较蓬松，碳纳米管呈现无序分布，碳纳米管之间存在较多的孔隙，大部分碳纳米管呈现悬空状态，碳纳米管表面的平整度较差。当对碳纳米管薄膜仅仅进行致密化处理(把碳纳米管薄膜浸润氯磺酸之后，直接进行高温真空退火处理)，不进行任何牵伸处理，即牵伸0％，碳纳米管表面的孔隙得到了大量的去除，消除了微观组织明显的蓬松状态，实现了碳纳米管薄膜微观组织的明显致密化；但是碳纳米管薄膜表面仍然存在一定数量的凹坑，且这些碳纳米管的分布仍然呈无序状态。

当对碳纳米管薄膜进行致密化+50％牵伸处理后，在薄膜的表面已经观察不到微小凹坑的存在，且薄膜表面的碳纳米管分布呈现出较高的取向性，此时薄膜表面的平整度得到了明显提高；但在仔细观察之后，与薄膜表面仍然可以观察到清洗的碳纳米管结构，表明50％的牵伸处理，虽然使薄膜表面的平整度得到了提高，但是其表面仍有一定的凹凸感。当对碳纳米管薄膜进行致密化+200％牵伸处理后，在薄膜表面不仅没有纳米微坑的存在，并且大部分碳纳米管的管状结构也已经几乎观察不到，上述实验结果表明碳纳米管薄膜微观组织的致密化程度得到了进一步的大幅提升。

(2)碳纳米管薄膜力学、电学性能的影响

图3a-图3b所示为致密化+取向牵伸后处理对碳纳米管薄膜的力学、电学性能的影响。如图3a所示，结果表明，原始态碳纳米管的力学强度位于100MPa左右，仅致密化处理之后，碳纳米管薄膜的力学强度提升到了300MPa左右；当对薄膜进行致密化+50％牵伸处理后，薄膜的强度提升到了600MPa左右，当牵伸的程度进一步提升到200％时，碳纳米管薄膜的拉伸强度达到了GPa以上，进而基于浮动催化碳纳米管薄膜，实现了GPa量级高强薄膜的制备。如图3b所示，结果表明，原始碳纳米管薄膜的电导率为0.8×10⁵S/m左右。仅致密化处理后，碳纳米管薄膜的电导率达到了1×10⁶S/m，牵伸之后虽然电导率略有降低，但是当牵伸量增加时，电导率呈现上升趋势，且最终达到了0.8×10⁶S/m左右，仍然具有较高的电导率水平。上述结果表明，基于目前规模化生产量最大的浮动碳纳米管薄膜，通过致密化+200％的牵伸后处理，实现了高强、高导电碳纳米管薄膜的制备，其性能在世界上处于领先水平，该制备技术对薄膜的实际工程应用具有巨大的社会意义。

(3)碳纳米管薄膜断口形貌的影响

图4a-图4d所示致密化+牵伸后处理工艺对碳纳米管薄膜断口形貌的影响，结果表明，原始态碳纳米管薄膜在断裂之后，其断口拔丝长度在20～30μm，断口形貌蓬松，表明原始态碳纳米管薄膜主要是通过碳纳米管之间的滑脱，来实现薄膜最终的断裂，如图4a所示。当对碳纳米管薄膜仅仅进行致密化处理时，薄膜在发生断裂之后，其断口处的拔丝长度10μm左右，拔丝长度发生了明显的缩小，如图4b所示，表明碳纳米管之间的摩擦力大幅增加，部分碳纳米管在薄膜断裂的过程中开始发生断裂，导致了断口拔丝形貌的减弱。当对碳纳米管薄膜同时进行致密化和牵伸处理时，在薄膜的断口处基本上观察不到了拔丝情况的出现，断口平整度较高，表明此时碳纳米管之间的摩擦作用力很强，薄膜的断裂主要是以碳纳米管的断裂为主，如图4c和图4d所示，进而促进了碳纳米管本征高强特性在宏观薄膜上的充分体现，并实现了宏观薄膜最终力学性能的大幅提升。

本实施例所制备出的高强、高导电碳纳米管薄膜的厚度接近百纳米级别，如图5所示，厚度为1500nm，进而降低了薄膜大尺寸带来的缺陷数量，更有利于碳纳米管本征优异力学、电学性能的发挥。

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法，其特征在于，包括：

(1)使原始碳纳米管薄膜充分浸润于氯磺酸中，并静置，使氯磺酸分子进入碳纳米管薄膜内部；

(2)将步骤(1)所获充分浸润氯磺酸后的碳纳米管薄膜置于空气中，使碳纳米管薄膜内部的氯磺酸分子能够与空气中的水分子充分发生反应，而后在碳纳米管薄膜内部生成硫酸分子，并使水分子进入到碳纳米管薄膜内部；

(3)将步骤(2)所获碳纳米管薄膜再次置于氯磺酸中，使氯磺酸与水分子进行化学反应产生氯化氢气体，致使碳纳米管薄膜产生膨胀，膨胀倍数为500以上；

(4)对步骤(3)所获膨胀后的碳纳米管薄膜进行牵伸处理，牵伸处理的幅度为50％～500％；

(5)使经牵伸处理后的碳纳米管薄膜重复进行步骤(1)多次；

(6)对步骤(5)所获碳纳米管薄膜进行高温真空退火热处理，制得高强度、高导电碳纳米管薄膜，所述高温真空退火热处理的温度在300℃以下，真空度＜10^-2Pa；

所述高强度、高导电碳纳米管薄膜的拉伸强度在GPa量级，电导率在10⁶S/m级别。

2.根据权利要求1所述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法，其特征在于，步骤(1)包括：将原始碳纳米管薄膜充分浸润于氯磺酸溶液中，并静置12h以上，使氯磺酸分子进入碳纳米管薄膜内部，至碳纳米管薄膜处于柔软状态。

3.根据权利要求1所述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法，其特征在于，步骤(2)包括：将充分浸润氯磺酸后的碳纳米管薄膜置于潮湿的空气中，使碳纳米管薄膜内部的氯磺酸分子能够与空气中的水分子充分发生反应，从而在碳纳米管薄膜内部生成硫酸分子，并使水分子进入到碳纳米管薄膜内部，待碳纳米管薄膜表面没有氯化氢白雾产生为止。

4.根据权利要求1所述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法，其特征在于，步骤(3)中，膨胀后碳纳米管薄膜的膨胀倍数为500～1000倍。

5.根据权利要求1所述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法，其特征在于，步骤(4)包括：对膨胀后的碳纳米管薄膜进行50％～500％优选为200％～400％的牵伸，待碳纳米管薄膜绷直以后，保持静止2h以上；之后再次进行绷直和静置，并重复前述步骤三次以上，直至最终实现碳纳米管薄膜的牵伸。

6.根据权利要求1所述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法，其特征在于，步骤(5)包括：将牵伸后的碳纳米管薄膜再次浸润于氯磺酸中，放置12h以上。

7.根据权利要求1所述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法，其特征在于，步骤(6)包括：将再次浸润氯磺酸的碳纳米管薄膜放置于真空退火设备中，并对所述真空退火设备的反应腔室进行抽真空处理，待真空抽到＜10^-2Pa时，对真空退火设备进行加热，加热速率小于10℃/min，加热温度不高于300℃，优选为100℃～300℃，时间不低于3h，使得碳纳米管薄膜内部氯磺酸全部去除。

8.根据权利要求l-7中任一项所述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法，其特征在于：所述高强度、高导电碳纳米管薄膜的厚度在百纳米级别以上。

9.权利要求l-8中任一项所述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法于制备高性能碳纳米管薄膜复合材料中的应用。

10.一种高性能碳纳米管薄膜复合材料，其特征在于，它是由权利要求1-8中任一项所述的大幅提高碳纳米管薄膜性能的后处理方法制得的高强度、高导电碳纳米管薄膜与高性能材料复合形成的，所述高性能材料包括石墨烯、Mxene材料中的至少任一种。

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