纳米碳纤维及其应用
纳米碳纤维及其在聚合物中的应用,2005,!
玻璃钢/复合材料FRP /C M 2005.No .3收稿日期:2004209225基金项目:国家863项目资助(2003AA305920)作者简介:陈红燕,(19792),女,硕士。
纳米碳纤维及其在聚合物中的应用陈红燕,王继辉(武汉理工大学,湖北武汉 430070)摘要:纳米碳纤维/聚合物复合材料是近年来的热点研究领域。
本文简要介绍了纳米碳纤维的几种制备方法及纳米碳纤维/聚合物复合材料的应用前景,讨论了纳米碳纤维在聚合物中的分散、取向和界面相互作用对复合材料性能的影响,介绍了加入纳米碳纤维赋予聚合物光电性能和目前尚待研究的一些问题。
关键词:纳米碳纤维;制备方法;复合材料中图分类号:T Q342+.742 文献标识码:A 文章编号:1003-0999(2005)03-0041-031 前 言1985年发现的碳家族中的C 60等富勒烯以及1991年发现的纳米碳管所表现出的优异性能引起了科学家们的广泛兴趣。
尤其是纳米碳管,其独特的结构特征使之表现出奇异的力学、电学和磁学等性质,可望在纳米电子器件、储能、场发射与平板显示、导电和电磁屏蔽、结构增强等众多领域获得广泛应用。
纳米碳纤维(C NF )是直径介于纳米碳管及普通碳纤维之间的准一维碳材料。
一般而言,纳米碳纤维的直径约为50～200n m,但目前小于100n m 的中空状纤维也称为纳米碳管。
纳米碳纤维具有较高的强度和杨氏模量,较好的导电、导热及热稳定性以及极好的表面尺寸效应等,因而受到了人们极大的关注。
现在市面上常见的纳米碳纤维是通过气相生长法制备的,从有机化合物分解出的催化剂颗粒分布在三维空间内,催化剂挥发量可直接控制,因此其单位时间内产量较大,可连续生产,较纳米碳管更易实现工业化生产。
气相生长纳米碳纤维是在过渡金属(如Fe 、Co 、N i 或其合金)的催化作用下,由低碳氢化合物在氢气做载气的情况下高温裂解生成的具有高比强度、高比模量、高结晶取向度、高导电、导热等性能的新型碳材料。
纳米碳纤维的功能和应用
纳米碳纤维的功能和应用
纳米碳纤维是一种新型的高性能材料，具有许多独特的物理和化学性质，如高强度、高刚度、轻质、良好的导电性和导热性等。
这些特性使得纳米碳纤维在许多领域都有广泛的应用。
在航空航天领域，纳米碳纤维可以用于制造航天器外壳、发动机部件、飞机翼等，以提高飞行器的强度、刚度和稳定性，同时减轻重量，提高燃油效率。
此外，纳米碳纤维在汽车工业中也有广泛应用，如制造汽车零部件、车身、车轮等，可以提高汽车的强度和刚度，降低重量，提高燃油效率。
在电子领域，纳米碳纤维可以用于制造电子产品外壳、电路板、电池等，可以提高产品的强度和刚度，减轻重量，提高性能。
此外，纳米碳纤维还可以用于制造体育器材、医疗器械、环保设备等领域。
例如，纳米碳纤维可以用于制造高尔夫球杆、自行车车架等，以提高产品的强度和刚度，降低重量；也可以用于制造医疗器械和康复器械等，以提高产品的强度和刚度，提高舒适性和稳定性。
总之，纳米碳纤维作为一种高性能材料，在许多领域都有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用需求的不断增长，纳米碳纤维的应用领域还将不断扩大。
混凝土中添加纳米碳纤维的性能研究
混凝土中添加纳米碳纤维的性能研究一、研究背景混凝土是建筑和基础设施建设中广泛使用的一种材料，但其强度和韧性仍然是一个挑战。
为了提高混凝土的力学性能，研究人员通过添加纳米材料来改善其性能。
纳米碳纤维是一种有前途的材料，可以提高混凝土的强度和韧性，因此在混凝土中添加纳米碳纤维已成为研究热点。
二、纳米碳纤维的基本特性纳米碳纤维是一种由碳纳米管和类似于石棉的碳纤维组成的材料。
它具有以下几个基本特性：1. 高比表面积：纳米碳纤维的比表面积非常高，可以提供更多的反应表面，从而增加混凝土的化学反应活性。
2. 高强度：纳米碳纤维的强度非常高，可以增加混凝土的强度和韧性。
3. 良好的耐腐蚀性：纳米碳纤维具有良好的耐腐蚀性，可以保护混凝土中的钢筋免受腐蚀。
4. 良好的导电性和导热性：纳米碳纤维具有良好的导电性和导热性，可以使混凝土具有更好的电热性能。
三、添加纳米碳纤维对混凝土性能的影响添加纳米碳纤维可以显著改善混凝土的力学性能。
以下是一些研究结果：1. 增加混凝土的强度：添加纳米碳纤维可以增加混凝土的抗压强度和抗弯强度。
研究表明，添加1%的纳米碳纤维可以将混凝土的抗压强度提高10%以上。
2. 提高混凝土的韧性：添加纳米碳纤维可以提高混凝土的韧性，使其更加耐久。
研究表明，添加1%的纳米碳纤维可以将混凝土的韧性提高50%以上。
3. 改善混凝土的耐久性：添加纳米碳纤维可以提高混凝土的耐久性，使其更加抗腐蚀和耐候。
研究表明，添加纳米碳纤维可以减少混凝土的渗透性和碱-骨料反应。
4. 提高混凝土的电热性能：添加纳米碳纤维可以提高混凝土的电热性能，使其具有更好的导电性和导热性。
这可以使混凝土具有更好的防冻性能和除雪性能。
四、纳米碳纤维的添加方法和掺量添加纳米碳纤维的方法包括机械混合、超声波混合和化学混合等。
其中，机械混合是最常用的方法。
掺量的选择取决于混凝土的用途和要求。
一般来说，掺量在1%以下。
五、未来的研究方向尽管已经有很多研究表明，添加纳米碳纤维可以改善混凝土的力学性能，但仍然有很多未知的问题需要解决。
碳纳米纤维的制备及应用
化学气 相沉积（Ｖ ） Ｃ Ｄ法是利用低廉 的烃类 化合物作原 料 ， 在一定的温度 （ｏ ℃ ～１ ０ ％ ） ， ５ｏ ０ ０ 下 使烃类化 合物在金属催化 剂上进行热分解来合 成碳纳米纤维 的方法。
为不具有市场势力的所有厂商无 限制时的污染排放总量 。同 样可解 出满足该模型的一个解ｘ ， 不妨设
米 纤 维在 复合 材 料 、 离子 电池 负极 材 料 、 米 电子 器 件 、 氢材 料 等 方 面 广 阔 的应 用前 景 。 锂 纳 储
关键 词 ： 纳 米 纤 维 碳 静备 方 法 】 应 用
ｄ ｉＯ３ ６ ￣ｉ ｎ１０ － ５４２ １．６０５ ｏ ｌ．９ ９ ．ｓ． ６ ８ ５ ．０ ０ ． ： ｓ ０ ０ ０
Ｍａａｅ ｎ． ９ ，０： １ １３ ｎｇｍｅｔ ９ ６（ ） ６ － ７ ． １ ３ １
【］ ｒｆ ｎ，Ｆｏｅ ｔｅ ａ． “ ｏ Ａｒ ａｄ ＭａｋｔＰ ｗ ｒ ｉ ５ Ｐａ ｏｇ ｌ ｎ ｔ １ Ｈ ｔ ｉ ｎ ｒｅ ｏ ｅ ｎ ｌ ｒ ” Ｉｔｒａｉ ａ Ｅ ｓｉ ｒｄｎ 叨 ． Ｕ ｉ ｒｔ Ｐ ｎ ６ｎ— ｎｅ ｔ ｎｌ ｍｉ ｏ Ｔａｉｇ ｎ ｏ ｓｎ ｎｖ ｓ ６ ａｔ ｏ ｅ ｉ ｈ
２ 喷淋法 ） 喷淋法是将催 化剂混于苯等液态有机物 中， 然后将含催化 剂 的混合溶液喷淋 到高温反应室 中， 制备 出碳 纳米纤维 。该方 法可实现催化剂的连续喷人 ，为工业 化连续生产提供 了可能 ，
但催化剂与烃类气体 的比例难以优化 ， 喷淋过程 中催化剂颗粒 分布不均匀 ， 且很难 以纳米级形式 存在 ， 因此所得 产物中纳米
１ 前 言 ．
２１１ 热化学气相沉积法 ． ．
碳 纳米纤 维（ ａｂｎＮ ｎｆ ｅｓ 称Ｃ Ｆ ） 由多层 石 墨 Ｃ ｒｏ ａｏ ｂｒ 简 ｉ Ｎ ｓ是 片卷 曲而成的纤维状 纳米炭材料 ， 的直径一般在１ 它 ０ｎ ｍ一５０ ０ ａ 长度分布在０５ ｍ～１０ ｍ， ｍ， ． ０ 是介 于纳米碳管和普通碳纤 维之间 的准一维碳材 料 ， 具有较高 的结晶取 向度 、 较好的导 电 和导热性能 。碳纳米纤 维除 了具有化学气相沉 积法生长 的普 通碳纤维低密度 、 高比模量 、 高比强度 、 高导电 、 热稳 定性等特 性外 ， 还具有 缺陷数量 少 、 长径 比大 、 比表面积大 、 结构致密等 优点 。它是一种高性能纤维 ， 既具有碳材料 的 固有本征 ， 又兼
纳米级碳纤维的制备与应用研究
纳米级碳纤维的制备与应用研究随着科技的不断发展，研究人员们正不断寻找能够实现高性能和高强度的新材料。
在这一过程中，碳纤维作为一种新型材料因其独特的性能受到了广泛的关注。
与传统的工程材料相比，碳纤维具有更高的比强度和比模量，以及更好的导热性、导电性、耐腐蚀性和抗疲劳性。
具有这些性能的碳纤维主要是由碳纤维的直径和结晶度两个方面来决定的。
因此，纳米级碳纤维因其更小的尺寸和更高的结晶度将成为未来碳纤维的重要发展方向。
一、纳米级碳纤维的制备一般认为，纳米级碳纤维的制备包含以下几个方面的内容。
1.合成碳原料的选择与预处理由于以往的材料研究中发现，碳原料的结晶度和质量对于制备纳米级碳纤维具有重要的影响，因此在制备纳米级碳纤维之前首要任务是正确选择、预处理碳原料。
目前，一些常用的材料为聚丙烯腈（PAN）、尿素醛树脂、大豆蛋白等。
2.制备纳米级碳纤维的方法（1）气相沉积法气相沉积法是制备纳米级碳纤维的一种常用方法。
它主要是利用选择的碳原料在高驱动力的条件下形成纳米级颗粒，并在适当的温度和压力下将这些颗粒转变成纳米级碳纤维。
（2）电化学方法与气相沉积法相比，电化学方法在制备纳米级碳纤维方面更具有优势。
它需要通过电化学反应在电极上制备碳纤维，该方法可以实现高效、精确的控制，能够制备出更细的纳米级碳纤维。
3.纳米级碳纤维的后处理纳米级碳纤维的后处理主要是使用化学剂或物理方法对其进行表面限制和功能修饰。
这些方法包括热处理、氧化还原反应、离子注入、表面修饰等。
二、纳米级碳纤维的应用研究纳米级碳纤维是一种独特的功能材料，能够广泛应用于包括航空、交通、生物医学、电子、化学等领域。
下面分别介绍其中几个领域。
1.生物医学领域纳米级碳纤维在生物医学领域中的应用范围较广。
在药物传递方面，纳米级碳纤维可以作为一种被动躯体，用于将药物粘附在其表面并传递到需要治疗的部位。
此外，纳米级碳纤维还可以用于组织修复和细胞培养，它们的表面性质使其成为癌细胞筛选、组织工程和人工心脏等技术中的理想支架材料。
碳纳米纤维的特点及应用领域
棉副产品综合利用碳纳米纤维的特点及应用领域■张晓军〔塔城地区纤维检验所，新疆乌苏833000〕碳纳米纤维具有较大的比表面积、孔径小、较好 的吸附性能，其碳纳米管、活性炭等在污水处理方面 应用较广泛。
碳纳米纤维(CNFs)强度高、密度低、比表面积大，吸附性和导电性都很强。
利用静电纺 丝技术制备的CNFs不仅有上述特点,经高温碳化制 备的CNFs还具有品质高、长径比高等优点，在各领 域的应用前景很广阔。
本文利用CNFs的高比表面 积和强导电性制备CNFs复合纳米材料，是复合纳米 材料的一个重要研究方向。
随着工业的发展，我们 生存的环境不断遭到破坏，如何便捷有效地治理污 染成为科学界研究的重点方向之_。
利用光催化的 方法能在反应条件较宽松的环境下把各种有机污染 物还原成无机物，以此为依据的光催化技术可以直 接利用太阳光并且能在室温下完成反应。
半导体光 催化剂价格低廉、光催化效果很好，氧化铈(Ce02) 就是其中的一种，它催化效果好、无毒无害，而且可 以批量生产，吸引了众多科研者的眼球。
利用静电 纺丝法制备聚丙烯腈(PAN)纳米纤维原丝,经过预 氧化和高温碳化过程得到1维碳纳米纤维。
使用浓 硝酸对CNFs的表面进行活化处理，使纤维表面含有 羧基、羟基等官能团，为CNFs基复合纳米材料的制 备提供丰富的生长位点。
将经活化的CNFd乍为模 板材料，用水热法将纳米Ce02成功地与CNFs复合, 制成CNFs/Ce02复合材料。
论文系统地研究了材 料制备过程的各种因素对材料的微观结构、形貌、尺 寸的影响，并对其光催化性能进行了研究。
结果表 明，水热合成过程的前驱体溶液浓度对复合材料体 系中Ce02的负载量、尺寸、分散程度等有重要影响；复合纳米材料在紫外光的照射下降解罗丹明B溶液 时显示了很好的光催化活性。
由于两者的复合，避免了纳米Ce02微粒的聚集，增大了光催化剂与反应 物的接触面积，有效提高了 Ce02的光催化活性；CNFs及时将光生电子导走，延长了光生电子-空穴 对的复合时间，极大地提高了光催化效率。
纳米碳纤维及其应用
功能材料论文：纳米碳纤维及其应用学校：上海电力学院班级：应用化学110103姓名：***学号：ys**********纳米碳纤维及其应用摘要：作为一种新型碳基纳米材料，纳米碳纤维由于具有优异物理化学性能和可控微结构受到越来越多研究者的重视。
本文主要介绍了纳米碳纤维的现状与发展，包括纳米碳纤维的制备、性能与应用。
并讨论了纳米碳纤维的市场和发展前景。
关键词：纳米碳纤维；性能；应用；发展前景一、前言作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有本征。
又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料，已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。
纳米碳纤维是当代纤维研究领域的前沿课题。
也是一项多学科交叉、多技术集成的系统工程。
纳米碳纤维(Carbon Nanofibers 简称CNF)是化学气象生长碳纤维的一种形式，是由通过裂解气相碳氢化合物制备的非连续石墨纤维。
纳米碳纤维的研究开始于1991年，日本科学家饭岛利用高分辨电子显微镜在石墨棒放电所形成的阴极沉积物中发现纳米碳纤维，自从发现了纳米碳纤维，它就引起了理论研究者以及工业应用者的兴趣。
纳米碳纤维/聚合物基复合材料在世界范围内的研究工作刚刚起步，我国亦在进行跟踪研究。
从物理尺寸、性能和生产成本来看纳米碳纤维的构成是以碳黑、富勒烯、单壁和多壁纳米碳管为一端，以连续碳纤维为另一端链节中的一环。
纳米碳纤维的直径在50～200nm之间，但目前不少研究工作者把直径在100nm以下的中空纤维称之为纳米碳管，亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳管和气相生长碳纤维之间[1]。
与纳米碳管相比纳米碳纤维的制备更易于实现工业化生产。
CNFs除了具有CVD法碳纤维低密度、高比模量、高比强度、高导电、热稳定性等特性外，还具有缺陷数量非常少、长径比大、比表面积大、结构致密等优点。
由于纳米碳纤维具有许多优异的物理和化学性质，因此可应用于电子器件、聚合物添加剂、储能材料、催化剂载体、电磁屏蔽材料、防静电材料、电磁波吸收材料等诸多领域。
碳纳米纤维隔离结构
碳纳米纤维隔离结构
碳纳米纤维（Carbon Nanofiber，CNF）隔离结构是一种利用碳纳米纤维材料构建的隔离层或隔离结构。
碳纳米纤维是一种纳米级
别的碳材料，具有高强度、高导热性和化学稳定性等特点，因此在
隔离结构中具有潜在的应用前景。
首先，碳纳米纤维隔离结构在电子学领域具有重要意义。
由于
碳纳米纤维具有优异的导电性能，因此可以作为电子器件中的隔离层，用于阻挡电子器件中的电磁干扰或者实现不同电路之间的隔离。
此外，碳纳米纤维隔离结构还可以应用于柔性电子设备中，例如柔
性显示屏、可穿戴设备等，起到隔离和保护的作用。
其次，碳纳米纤维隔离结构在材料加固和复合材料领域也具有
重要意义。
碳纳米纤维可以作为增强材料添加到复合材料中，用于
增强复合材料的力学性能和耐久性。
同时，碳纳米纤维隔离结构还
可以用于制备高性能的防护材料，例如防弹衣、防火材料等，提高
材料的抗冲击性和耐高温性能。
另外，碳纳米纤维隔离结构在能源领域也具有潜在的应用。
碳
纳米纤维具有良好的导热性能和化学稳定性，可以作为电池或超级
电容器中的隔离层，提高能源设备的安全性和稳定性。
此外，碳纳米纤维隔离结构还可以用于制备高性能的电池隔膜，提高电池的循环寿命和充放电性能。
综上所述，碳纳米纤维隔离结构具有广泛的应用前景，涉及电子学、材料加固、能源等多个领域，可以为相关领域的技术发展和产品改进提供重要的支持和推动。
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综 述纳米碳纤维及其应用赵稼祥(航天材料及工艺研究所,100076)摘 要 介绍世界纳米碳纤维的现状与发展,包括纳米碳纤维的制备、性能、与应用。
讨论纳米碳纤维的市场和发展前景。
关键词 碳纤维,纳米,应用Carbon Nanofiber and It ’s ApplicationsZhao Jiaxiang(Aerospace Research Institute of Materials and Processing T echnology ,100076)ABSTRACT In this paper the present status and development of carbon nanofiber in the w orld were briefly introduced ,including manu facturing of carbon nanofiber ,properties and application of carbon nanofiber.The market and perspective of development were als o discussed.KEY WORDS carbon ,carbon nanofiber ,application ,market1 前 言2002年10～11月在美国北卡罗来纳州首府洛利(Raleigh ,NC )参加了2002年世界碳纤维会(G lobal Outlook for Carbon Fiber 2002),会后参观、访问了北卡罗来纳大学国家纺织实验室(State T extile Laborato 2ry ,N orth Carolina State University )和土木工程系,阿拉巴马大学材料工程系(Department of Materials Engi 2neering ,University of Alabama ),乔治亚理工大学复合材料教育研究中心(C om posite Education and Research Center ,G eorge University of T echnology )、材料科学与工程系和机械工程系等,与有关教授、专家和学者,讨论、交换对碳纤维、复合材料与先进材料技术现状、应用与发展的看法,有很大收获[1]。
本文简要介绍纳米碳纤维的定义、制备技术、性能、应用、生产与市场及其发展前景。
纳米碳纤维(Carbon Nanofibers 简称C NF )是化学气象生长碳纤维的一种形式,是由通过裂解气相碳氢化合物制备的非连续石墨纤维。
从物理尺寸、性能和生产成本来看它是构成以碳黑、富勒烯、单壁和多壁纳米碳管为一端,以连续碳纤维为另一端链节中的一环。
纳米碳纤维的直径在50～200nm 之间,但目前不少研究工作者把直径在100nm 以下的中空纤维称之为纳米碳管,亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳管和气相生长碳纤维之间。
与纳米碳管相比纳米碳纤维的制备更易于实现工业化生产。
表1 纳米碳纤维的性能性 能热处理前热处理后抗拉强度(G Pa ) 2.77.0抗拉模量(G Pa )400600断裂应变(%) 1.50.5密度(g/cm 3) 1.8 2.1电阻率(Ωμ-cm )100055热导率(W/m -K )2019502 制 备制备纳米碳纤维的三种主要方法以及特性是:(1)基体法 在陶瓷或石墨基体上散布纳米催化剂颗粒,高温下通入烃类气体,热解后析出纳米碳纤维[2]。
基体法可制备出高纯纳米碳纤维,但纳米级催化剂颗粒制备困难,一般颗粒直径较大,较难制第4期48 纤维复合材料N o.42003年12月FIBERCOMPOSITESDec.,2003备细直径的纳米碳纤维,而且难以实现工业化连续生产。
(2)喷淋法 将催化剂混入苯等有机溶剂,然后喷淋到高温反应室中,制备出纳米碳纤维。
[3]喷淋法可实现催化剂连续喷入,为工业化连续生产提供了可能,但喷淋过程中催化剂颗粒分布不均匀,且很少达到纳米级,因此该法生产的纳米碳纤维比例很小,且存在一定的碳黑。
(3)气相流动催化法 加热催化剂前驱体,并以气体形态同烃类气体一起引入反应室,分解的催化剂聚集成纳米级颗粒,热解生成的碳在纳米级催化剂颗粒上生成纳米碳纤维[4]。
气相流动催化法可以连续生产,单位时间内产量最大,目前利用该法已实现大量生产纳米碳纤维,是三个方法中最可取的一个方法。
[5]3 应 用纳米碳纤维目前主要应用领域有:3.1 增加电导率的附加剂(1)很多情况下要求消散静电,一个火花可能会引起一场灾难,像芯片制造中静电会损害敏感的集成电路。
少量加入纳米碳纤维可以解决静电消散问题,因为电阻率达到1010ohm-cm就能满足消散静电的要求。
(2)对于面板类的静电喷漆,则要求电阻率达到104～106ohm-cm,加入少于3%纳米碳纤维就可达到这一要求。
加入一般碳纤维往往不能满足要求,因为一般碳纤维直径太大,使静电喷漆表面太粗糙。
纳米碳纤维直径很细,静电喷漆表面可以达到A级光洁度。
(3)用作电磁屏蔽。
可用作电磁屏蔽的材料必须满足电阻率低于1ohm-cm,纳米碳纤维在20%加入量情况下,电阻率可达到这一水平,有些情况下,纳米碳纤维复合材料的电阻率可降低至0.07ohm-cm。
加入同等量的金属纤维远远达不到这一效果。
图1是纳米碳纤维加入量与电阻率的关系。
3.2 改进力学性能的增强剂纳米碳纤维的一个重要用途是改进力学性能,它可以达到连续碳纤维一样的增强效果,但价格仅相当于玻璃纤维。
用纳米碳纤维制备复合材料的成本很低,可以采用例如注射成型等低成本生产技术。
目前正在进行纳米碳纤维的表面处理研究,以改进其与树脂基体的物理与化学连接。
经表面处理的纳米碳纤维可提高纯树脂的强度和模量性能4～6倍。
作为结构复合材料增强剂的现实应用是改性基体材料,少量的纳米碳纤维加入到环氧树脂,可极大改进PAN基或沥青基碳纤维复合材料的层间剪切强度;加入到玻璃纤维复合材料可以改进导热性能、导电性能、热膨胀系数以及力学性能。
表2为用Pyrograf -Ⅲ纳米碳纤维增强热塑性聚脂复合材料的性能表。
可见17%PR-1纳米碳纤维增强热塑性聚脂的抗拉强度达到51.5MPa、抗拉模量达到4.55G Pa、电阻率则为3.2ohm-cm;5%PR-1纳米碳纤维和10%玻璃纤维复合增强的复合材料,抗拉强度达到44.1MPa、抗拉模量达到11.52G Pa、电阻率为5.0ohm -cm。
图1 纳米碳纤维加入量与电阻率的关系表2 热塑性聚脂/Pyrograf-Ⅲ复合材料的性能纳米碳纤维含量抗拉强度(MPa)抗拉模量(G Pa)电阻率(ohm-cm) 17%PR-151.5 4.55 3.217%PR-1,OX47.4 4.557.15%PR-1;10%glass fiber44.111.52 5.05%PR-1;10%glass fiber33.88.927.03.3 控制热膨胀系数的添加剂一些国防军工和民用工业制品要求严格控制热膨胀系数,包括:光学、结构和电子等,像激光器、电子设备、卫星结构、飞机、仪表、控制系统等,纳米碳纤维作为添加剂可以调节热膨胀系数,并进一步达到控制热膨胀系数。
纳米碳纤维在国防军工和民用工业的具体应用4期赵稼祥:纳米碳纤维及其应用49 详见表3～5。
4 市 场世界上主要有三家大公司较早生产纳米碳纤维、纳米碳管、和气相生长石墨纤维,它们是:表3 在要求低电阻率方面的应用应用范围军 用民 用静电消散卫星静电控制;输油线路;柔性导管;管道系统;武器输油管道;汽车管道系统;电子组装静电喷漆飞机;地面车辆;舰艇;其它结构汽车车体构件;民用飞机;其他车辆防电磁干扰减少飞机事故;宇航控制系统;电子系统高速计算机;通讯系统防雷击飞机复合材料机体;舰艇;天线罩;武器仓库飞机;地面结构柔量接触燃料电池;电子扫描电镜电子表4 在要求提高强度和模量方面的应用应用范围军 用民 用合成橡胶坦克履带系统;飞机轮胎;舰艇结构汽车轮胎;飞机轮胎;船舶结构;体育用品热塑性构件飞机;卫星结构;舰艇结构;光学构件汽车车体构件;体育用品;光学构件热固性构件飞机;卫星结构;舰艇结构;光学构件汽车车体构件;体育用品;光学构件碳环氧构件机体;Z向增强构件体育用品;汽车;民用宇航构件表5 在要求控制热膨胀系数方面的应用应用范围军 用民 用光 学低成本可注射成型镜面;激光器低成本可注射成型光学构件结 构卫星结构;飞机;地面车辆设备;舰艇汽车车体构件;民用空间飞行器;船舶电 子高功率电子设备;仪表盘;控制设备电子仪表盘;计算机;冷却构件 11日本Showa Denko21美国Hyperion Catalysis International(Cam2 bridge,MA);31美国Applied Sciences Inc.(Cedavile,OH)近年来Carbon Nanotechnologies Inc.(H ouston, TX)、Materials&E lectrochemical Research C orp.(Tuc2 s on,AZ)和日本Mitsubushi Chemical T oray等也计划大规模生产纳米碳纤维。
目前纳米碳纤维的年需求量仅为110吨左右,价格约为每公斤220美元。
主要用作汽车油箱的静电消散、半导体生产、电子产品的电磁屏蔽。
在锂电池、超大容量电容器、燃烧电池等领域也有较大市场。
对结构件,纳米碳纤维目前不是用作主要增强材料,而是用作添加剂,以改进基体材料的力学、导电、导热等性能,达到提高层间剪切强度、改进热膨胀系数、电导率和导热系数。
在未来5～10年,纳米碳纤维的市场会有很大发展。
大规模生产线会出现,价格会降低至每公斤约44美元。
当纳米碳纤维的价格降到每公斤约11美元,结构应用的市场会快速扩大。
作为纳米量级增强材料复合技术也需要改进提高。
届时纳米碳纤维的市场会扩大到45000吨以上。
美国联邦政府投资六亿美元用于纳米技术的研究开发,许多美国州政府也有很多类似研究开发计划,欧洲和日本也有相近的计划。
纳米碳纤维的应用会越来越广。
5 结束语(1)纳米碳纤维是一种新型亚微米增强材料,在一定应用领域有其独特的优点,在国防军工或民用工业都具有非常广泛应用前景。
(2)加入少量纳米碳纤维,工程高分子材料即可取得很好的改性效果,在未来2～3年内,纳米碳纤维将发挥越来越大的作用。
(3)世界范围对纳米技术的开发与投资将促使纳米碳纤维的进一步发展,在土木建筑、基础设施的应用会促进大规模生产纳米碳纤维,并降低其价格。
(4)在未来十年纳米碳纤维的产量可能达到45000吨/年,价格会大幅度降低,它将成为结构复合材料的一种主要的增强材料。