碳纳米复合材料

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碳纳米复合材料

碳纳米复合材料

一 、纳米复合材料的定义 纳米复合材料的定义
纳米复合材料是将制备好的纳米颗粒以分散在基体材料中的状态存 在的。根据纳米颗粒在基体材料中的分散状态大致可分为三类:第一类 是由不同成分、不同相或者不同种类的纳米粒子复合而成的纳米固体, 这种复合体的纳米粒子可以是金属与金属、金属与陶瓷、金属与高分子、 陶瓷与陶瓷、陶瓷与高分子等,所构成的纳米复合体;第二类是将纳米 粒子分散到常规的三维固体中,如把金属纳米粒子分散到另一种金属或 合金中,或者放入常规的陶瓷材料或高分子中;纳米陶瓷粒子(氧化物、 氮化物)放入常规的金属、高分子或陶瓷中;第三类是将纳米微粒分散 到二维的薄膜材料中。又可以分为均匀弥散和非均匀弥散两类。均匀弥 散是指纳米微粒在薄膜中均匀分布,人们可以根据需要控制纳米粒子的 粒径和粒间距。非均匀弥散是指纳米微粒随机地、混乱地分散在薄膜基 体中。目前,关于纳米复合材料的研究很多,主要集中在以下几个方面: 体中。目前,关于纳米复合材料的研究很多,主要集中在以下几个方面: 纳米复合涂层材料、纳米高力学性能材料、磁性材料、光学材料、高价 电材料及仿生材料。研究新型纳米复合材料涉及有机、无机、物理、化 学、材料生物等多学科知识,对其研究将是一项重大的课题。
2.2.2、增韧纳米复相陶瓷 2.2.2、增韧纳米复相陶瓷
在这里列出几种纳米复相陶瓷的力学性能,见表:
同传统的微米级陶瓷相比, 同传统的微米级陶瓷相比,纳米复相陶瓷的抗弯强度和断裂韧性都有 较大提高, 较大提高,此外,它们的抗蠕变性、O3 /SiC系纳米陶瓷增韧的主要机制包括纳米颗粒的钉扎作用、 /SiC系纳米陶瓷增韧的主要机制包括纳米颗粒的钉扎作用、 裂纹偏转、由沿晶到穿晶断裂模式的改变引起的断裂能的提高、颗粒桥 联、微裂纹增韧等; 联、微裂纹增韧等;增强的主要机制除了与韧性的改善有关外,还与晶粒 细化、位错网强化、晶界钉扎、晶界增强及裂纹愈合强化机制有关。 Si3N4/SiC系纳米陶瓷强韧化的效果还与纳米 Si3N4/SiC系纳米陶瓷强韧化的效果还与纳米 SiC 对Si3N4棒状粒子的自 Si3N4棒状粒子的自 增韧作用有关。

纳米碳球复合材料

纳米碳球复合材料

纳米碳球复合材料纳米碳球复合材料是一种由纳米碳球和其他材料组成的复合材料。

纳米碳球是一种由纳米级碳材料构成的微小球体,具有很高的比表面积和优异的力学性能。

通过将纳米碳球与其他材料进行复合,可以充分发挥纳米碳球的特性,提高复合材料的力学性能和功能。

纳米碳球具有很高的比表面积,这意味着它可以提供更多的接触点,增加与其他材料之间的接触面积。

这种接触面积的增加可以提高复合材料的粘合强度和界面结合能力,从而改善材料的力学性能。

此外,纳米碳球还可以提供更多的支撑点,增加复合材料的强度和刚度。

纳米碳球还具有优异的力学性能,具有很高的强度和刚度。

由于纳米碳球是由纳米级碳材料构成的,其内部结构非常坚固。

这使得纳米碳球能够承受较大的力和应变,具有优异的耐久性和抗疲劳性能。

因此,将纳米碳球与其他材料进行复合可以显著提高复合材料的力学性能,使其具有更好的抗拉、抗压和抗弯能力。

除了力学性能的提高,纳米碳球还可以赋予复合材料其他功能。

例如,通过将纳米碳球与导电材料复合,可以制备出具有优异导电性能的复合材料。

这种导电复合材料可以应用于电子器件、传感器等领域,具有广泛的应用前景。

此外,纳米碳球还可以与其他功能材料进行复合,如纳米颗粒、催化剂等,从而赋予复合材料更多的功能。

制备纳米碳球复合材料的方法有很多种。

一种常用的方法是通过溶液法将纳米碳球与其他材料混合,并进行热处理或化学反应,使纳米碳球与其他材料形成复合结构。

另一种方法是通过机械混合将纳米碳球与其他材料混合,并进行压制或烧结,制备出纳米碳球复合材料。

这些制备方法可以根据具体的需求和材料特性进行选择,以获得理想的复合材料性能。

纳米碳球复合材料具有广泛的应用前景。

由于其优异的力学性能和功能特性,纳米碳球复合材料可以应用于航空航天、汽车制造、电子器件、能源存储等领域。

例如,将纳米碳球复合材料应用于飞机结构中,可以减轻重量、提高强度和刚度,从而提高飞机的性能和燃油效率。

将纳米碳球复合材料应用于电池材料中,可以提高电池的能量密度和循环寿命,推动新能源技术的发展。

碳纳米管复合材料

碳纳米管复合材料

碳纳米管复合材料
碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)是一种由碳原子构成的纳米级管状结构材料,因其独特的物理和化学性质,被广泛应用于复合材料领域。

碳纳米管复合材料是将碳纳米管与其他材料复合而成的新型材料,具有轻质、高强度、高导电性、高导热性等优异特性,被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。

首先,碳纳米管复合材料在航空航天领域具有重要应用。

由于碳纳米管本身具有极高的强度和刚度,将其与航空用树脂复合,可以显著提高航空器的强度和耐久性。

同时,碳纳米管复合材料的导电性和导热性也使其成为航空器的理想材料,可以用于制造飞机的航空电子设备外壳和导热结构件。

其次,碳纳米管复合材料在汽车制造领域也有着重要的应用前景。

汽车是碳纳米管复合材料的重要应用领域之一,由于碳纳米管具有轻质高强度的特性,可以显著降低汽车的整体重量,提高汽车的燃油经济性和性能。

同时,碳纳米管复合材料的高导电性也可以应用于汽车的电子设备和充电设备的制造,提高汽车的智能化水平。

此外,碳纳米管复合材料在电子设备领域也有着广泛的应用。

由于碳纳米管具有优异的导电性和导热性,可以用于制造高性能的电子元件,如场效应管、薄膜晶体管等。

同时,碳纳米管复合材料还可以用于制造柔性电子设备,如可穿戴设备、柔性显示屏等,为电子设备的发展带来新的可能性。

总的来说,碳纳米管复合材料以其独特的优异性能,在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有广泛的应用前景。

随着科技的不断发展,相信碳纳米管复合材料将会在更多领域展现出其巨大的潜力,为人类社会的发展进步做出更大的贡献。

碳纳米管复合材料的制备及其应用

碳纳米管复合材料的制备及其应用

碳纳米管复合材料的制备及其应用碳纳米管,是由碳原子组成的纳米材料,具有高强度、高导电性、高吸收率和优异的机械、电子、光学特性,具有广泛的应用前景。

而碳纳米管复合材料,是将碳纳米管与其他材料复合而成的新型材料,能够发挥两种材料的性能优异性,具有广泛的应用领域。

本文将介绍碳纳米管复合材料的制备及其应用。

一、碳纳米管复合材料制备方法1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是将碳纳米管放置在高温下,通过一系列化学反应,使其在其他材料上生长。

这种方法可控性较好,可以生长出大规模、高纯度的碳纳米管复合材料。

2. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是将碳纳米管和溶液混合,然后在高温下煅烧,使其形成复合材料。

这种方法简单易行,而且可以通过调整溶液中的成分和温度来控制复合材料的性能。

3. 机械混合法机械混合法是将碳纳米管和其他材料机械混合,然后通过压制、热压等方式形成复合材料。

这种方法简单易行,而且可以生产大规模的复合材料。

二、碳纳米管复合材料的应用1. 功能材料由于碳纳米管具有高导电性、高热导性和高吸收率等优异特性,因此常被用作传感器、储能材料、强化剂等功能材料的添加剂。

例如,将碳纳米管加入聚合物中可以提高聚合物的导电性和力学性能,可以被用于制作电子元器件、导电墨水等产品。

2. 生物医学领域碳纳米管具有良好的生物相容性和细胞渗透性,因此被广泛用于生物医学领域。

例如,将碳纳米管作为药物包裹物,可以提高药物的溶解度和稳定性,且能够减少药物对人体的副作用。

另外,碳纳米管还可以被用于诊断、治疗肿瘤等领域。

3. 材料强化由于碳纳米管具有高强度和高刚度等性质,可以增加其他材料的强度和硬度。

例如,将碳纳米管加入聚合物材料中,可以增加聚合物的力学性能。

而将碳纳米管加入金属材料中,则可以提高金属材料的强度和耐磨性。

4. 能源领域碳纳米管具有优异的电导率和热导率,因此被广泛应用于能源领域。

例如,将碳纳米管添加到电极材料中可以提高电池的充电效率和循环寿命。

碳纳米管增强复合材料的性能分析

碳纳米管增强复合材料的性能分析

碳纳米管增强复合材料的性能分析嘿,咱们今天来好好聊聊碳纳米管增强复合材料的性能。

这东西可有意思啦!先给您讲讲我之前的一次经历。

有一回我参加一个科技展览,在一个角落里看到了关于碳纳米管增强复合材料的展示。

那时候我就好奇,这小小的碳纳米管到底能有多大能耐呀?咱们先来说说碳纳米管增强复合材料的力学性能。

这方面可不得了,就像给材料穿上了超级铠甲!碳纳米管本身具有极高的强度和韧性,把它们加到复合材料里,那强度蹭蹭往上涨。

比如说,传统的铝合金强度还算不错吧,但是一旦加入碳纳米管,哇塞,抗压、抗拉能力那是大幅提升。

想象一下,一辆用这种增强后的铝合金制造的汽车,在碰撞的时候能更好地保护乘客,是不是很厉害?再瞧瞧它的热学性能。

这就好比给材料装了个高级的“空调”。

碳纳米管的热导率非常高,能快速地把热量传递出去或者导进来。

就拿电子设备来说,手机、电脑用久了会发热,要是里面的关键部件用了碳纳米管增强复合材料,散热效果那叫一个好,再也不用担心玩游戏玩到一半手机发烫卡顿啦。

还有电学性能,这简直就是材料世界里的“电线升级大师”。

碳纳米管具有优异的导电性,加到复合材料里,能大大提高材料的导电能力。

比如说一些电线电缆,如果采用这种增强后的材料,电能传输过程中的损耗会减少很多,既节能又高效。

说到这里,您可能会问,这碳纳米管增强复合材料这么好,是不是没有缺点啦?那可不一定!在实际应用中,制备这种材料可不容易。

碳纳米管在复合材料中的分散就是个大难题。

就好像把一把细沙子撒到一大桶水里,要让每一粒沙子都均匀分布,可不容易。

有时候碳纳米管会团聚在一起,这就会影响材料性能的发挥。

另外,成本也是个问题。

碳纳米管的制备成本相对较高,这就使得碳纳米管增强复合材料在大规模应用时受到一定限制。

但是,随着技术的不断进步,相信这些问题都会逐步得到解决。

回想我在那个科技展览上看到的展示,当时只是觉得新奇,现在深入了解后,才发现这碳纳米管增强复合材料的世界如此精彩。

碳纳米管复合材料

碳纳米管复合材料

碳纳米管复合材料碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)是由碳原子按照特定方式组合成的一种纳米材料,它的直径在纳米级别,长度可以达到数微米到数厘米的范围。

碳纳米管具有极高的比表面积、优异的导电性和导热性,以及良好的机械性能,因此被广泛应用于复合材料领域。

碳纳米管复合材料是将碳纳米管与其他材料(如金属、聚合物等)进行复合得到的材料。

碳纳米管可以作为增强相,加入到其他材料基体中,通过增强材料的力学性能、导电性能、导热性能等。

碳纳米管与基体材料之间的相互作用机制很复杂,但一般包括物理机械锚定和化学键结合两种方式。

碳纳米管复合材料在电子器件、航空航天、能源储存等领域具有广阔的应用前景。

碳纳米管复合材料在电子器件中的应用是一大热点研究方向。

由于碳纳米管具有优异的导电性能,使得它们成为替代传统铜线的理想材料。

与铜线相比,碳纳米管具有更高的电流密度承载能力和更快的电子传输速度。

此外,碳纳米管复合材料还可以在导电材料中形成连续网络,提高材料的导电性能。

这使得碳纳米管复合材料成为电子器件中高性能电极材料的候选者,如电池的电极、光伏材料中的导电层等。

此外,碳纳米管复合材料还具有良好的力学性能和导热性能,适用于航空航天领域的应用。

碳纳米管在复合材料中的加入可以增强材料的强度和刚度,并改善材料的耐磨性和耐腐蚀性。

对于航空航天结构件来说,强度和轻量化是两个重要的性能指标,碳纳米管复合材料的应用可以达到这两个指标的要求。

此外,碳纳米管具有优异的导热性能,利用碳纳米管复合材料的热传导特性,可以制备用于散热的材料。

热管理是电子器件和能源储存等领域的一大挑战,碳纳米管复合材料可以在材料中形成高效的热传导通道,提高材料的热传导性能,有助于解决热管理问题。

总的来说,碳纳米管复合材料是一种多功能的材料,具有优异的力学性能、导电性能和导热性能。

它在电子器件、航空航天、能源储存等领域有着广泛的应用前景。

然而,碳纳米管的制备和复合材料中的分散性等问题仍然存在挑战,需要进一步的研究和技术突破。

碳纳米管增强复合材料的制备与性能研究

碳纳米管增强复合材料的制备与性能研究

碳纳米管增强复合材料的制备与性能研究近年来,碳纳米管(Carbon Nanotube,简称CNT)因其出色的力学性能和独特的电子性质,成为研究领域的热门话题之一。

在复合材料领域,将CNT作为增强填料注入基体中,可以大幅度提升材料的力学性能,使复合材料具备更广泛的应用潜力。

首先,我们来了解一下碳纳米管的制备方法。

目前,常用的制备碳纳米管的方法主要有热解法和化学气相沉积法。

热解法是通过将碳源(例如甲烷、乙炔等)加热至高温,使其分解生成纳米级碳粉末,再通过高温炉进行淀粉状碳纳米管的制备。

化学气相沉积法则是在特定的温度和压力条件下,将金属催化剂与碳源气体(例如苯、甲烷等)共同进入炉管,通过热裂解反应在金属催化剂表面形成碳纳米管。

这两种方法各有优劣,根据具体需求选择合适的方法进行制备。

然而,对于碳纳米管的应用而言,单纯制备碳纳米管还不足以满足要求,还需要将其与基体材料相结合,形成增强复合材料。

常见的方式是通过浸渍法或机械混合法将碳纳米管注入到基体中。

浸渍法是将碳纳米管悬浮液浸渍于基体表面,并通过真空或气压的作用使其渗透至基体内部,达到均匀分散的目的。

机械混合法则是将碳纳米管与基体材料一同进行混合,利用机械力将其均匀分散。

这两种方法的选择取决于基体材料的性质和应用场景。

通过以上的制备方法,得到的碳纳米管增强复合材料具备了优异的力学性能。

首先,碳纳米管以其高强度和高刚度,使得增强复合材料的强度得到显著提升。

研究表明,在添加低浓度的碳纳米管的情况下,复合材料的拉伸强度可以提高 30%-100%。

其次,碳纳米管具有优异的导电性,可以赋予复合材料良好的导电性能。

这样的复合材料多用于电子元器件、防静电材料等领域。

此外,碳纳米管还具有优异的导热性能,使得复合材料具备了良好的散热性能,适用于热管理领域。

然而,碳纳米管增强复合材料的制备与性能研究仍有待进一步深入。

首先,目前碳纳米管的制备方法仍存在高成本、低产率的问题,限制了其在工业化生产中的应用。

碳纳米管增强复合材料的力学性能研究

碳纳米管增强复合材料的力学性能研究

碳纳米管增强复合材料的力学性能研究碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料,具有优异的力学性能和导电性。

随着科技的不断发展,研究人员越来越关注如何利用碳纳米管来增强复合材料的力学性能。

在本文中,我们将探讨碳纳米管增强复合材料的力学性能研究。

首先,我们需要了解碳纳米管的特性以及其对力学性能的影响。

碳纳米管具有轻质、高强度和高刚度的特点,使其成为一种理想的增强材料。

当碳纳米管嵌入在复合材料基体中时,可以显著提高复合材料的强度和刚度。

此外,碳纳米管还具有良好的导电性,使得碳纳米管增强复合材料在电子器件等领域具有广泛的应用前景。

然而,为了更好地利用碳纳米管的增强效果,我们需要深入研究其与复合材料基体的相互作用机制。

近年来的研究表明,碳纳米管与复合材料基体之间的力学耦合效应是影响复合材料力学性能的重要因素之一。

因此,研究人员通过模拟和实验的方法,对碳纳米管增强复合材料进行力学行为的研究。

在模拟方面,研究人员通常利用分子动力学模拟、有限元分析等方法,对碳纳米管增强复合材料的力学性能进行预测和优化。

通过这些模拟方法,研究人员能够探究碳纳米管与复合材料基体之间的相互作用机制,了解复合材料在不同力学加载下的响应行为,并提出相应的改善策略。

另一方面,实验是验证模拟结果和理论分析的重要手段。

通过制备碳纳米管增强复合材料样品,并进行力学性能测试,研究人员可以直接观察和测量复合材料的力学行为。

例如,拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等可以评估复合材料的强度、刚度和韧性等性能指标。

同时,扫描电子显微镜、透射电子显微镜等技术可以观察和分析复合材料中碳纳米管的分散状态和界面结构。

除了研究碳纳米管与复合材料基体之间的相互作用机制,我们还需要考虑制备工艺对复合材料力学性能的影响。

研究人员通过改变碳纳米管的添加方法、复合材料基体的制备过程等控制变量,来研究制备工艺对复合材料力学性能的影响。

例如,通过调整碳纳米管的浓度和分散剂对复合材料的性能进行优化。

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碳纳米管及其复合材料2007-4-3 14:18:08 【文章字体:大中小]打印收藏关闭纳米技术是21世纪的前沿科学技术,碳纳米管技术则是该领域中一个强有力的生长点。

碳纳米管问世十三年来,日益引起了人们极大的兴趣,其独特的性能正在被认识并加以利用,如何降低成本,大量生产有特定结构的碳纳米管依然是人们的努力方向,含碳纳米管的聚合物复合材料蕴含着巨大的发展潜力。

高聚物/碳纳米管复合材料碳纳米管于1991年由s.iijima 发现,其直径比碳纤维小数千倍,其性能远优于现今普遍使用的玻璃纤维。

其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。

碳纳米管基本上可分为单壁型和多壁型两类。

虽然他们乍看起来非常相似,但其制作方法和性能不尽相同。

纳米管的结构决定它们是具有金属性还是具有半导体性质。

大约三分之二的单壁纳米管属于半导体型,三分之一属金属型。

至于多壁纳米管,由于各层壳的性能的叠加,难以做出明显区别,但大体上是金属型。

单壁型碳纳米管外径一般为1到2nm多壁型纳米管直径则在8到12nm之间,它的典型长度一般为10微米,最长可达100微米, 长径比至少可达1000: 1。

美国国内纳米管的生产商有Hyperion Catalysis (产品是多壁纤维纳米管)和新登陆的Zyvex Corp (产品有单壁和多壁纳米管)。

这两家厂商提供的母料中都含有15%到20%的纳米管。

碳纳米管的力学性能相当突出。

现已测出多壁纳米管的平均弹性模量为1.8TPa。

碳纳米管的拉伸强度实验值约为200GPa是钢的100倍,碳纤维的20倍。

碳纳米管弯曲强度为14.2GPa,尽管碳纳米管的拉伸强度如此之高,但它们的脆性不象碳纤维那样高。

碳纤维在约1^变形时就会断裂,而碳纳米管要到约18%变形时才会断裂。

碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。

在电性能方面,碳纳米管用作聚合物的填料具有独特的优势。

加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。

与以往为提高导电性而向树脂中加入的碳黑相比,碳纳米管有高的长径比,因此,其体积含量可比球状碳黑减少很多。

多壁碳纳米管的平均长径比约为1000;同时,由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好,它们填入聚合物基体时不会断裂,因而能保持其高长径比。

爱尔兰都柏林trinity 学院进行的研究表明,在塑料中含2%-3%勺多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级,从10-12s/m提高到了102s/m。

碳纳米管已经在一些国家获得实际应用,例如美国RTP公司开发了一系列碳纳米管配混料,截止到2003年,可供的配混料类型有聚烯烃、聚酰胺、聚碳酸脂/ABS混合料、聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚酯、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺和聚醚醚酮,其它聚合物共混料也在开发之中。

用于航天工业中的聚合物,在飞行时外部气流与一般材料(如玻璃纤维)增强的树脂之间产生的摩擦常引起静电而干扰无线通讯。

用碳纳米管增强工程塑料将可以在大幅度提高基体树脂力学性能的同时解决这一问题。

美国国家航空与宇宙航行局(NASA和休斯敦的rice大学已在准备碳纳米管在航天领域与聚合物复合的首批应用。

碳纳米管对聚合物材料的改性应用目前碳纳米管聚合物复合材料的研究重点是如何利用碳纳米管的优良特性达到材料的增强,或实现提高材料的导电性、电磁屏蔽性和光电子发射性能等目的。

用碳纳米管制备复合材料的最大优点是易于加工成型。

试验发现碳纳米管比碳纤维硬且脆性低,用多壁碳纳米管与聚合物制成的复合材料其断裂前的变形率较碳纤维的同类制品大。

高模量和高弹性应变使碳纳米管有资格成为复合材料潜在的增强剂。

在由松散结合的纳米管做成的复合材料中,一根纤维的失效几乎不导致相邻纳米管的过载,因此能将载荷有效地传递到纳米管上实现增强的目的。

Haggenmueller,R等制备了有良好的力学、电学性能的聚甲基丙烯酸甲酯/单壁碳纳米管复合物。

Bower,C.等发现含碳纳米管的热塑性塑料复合物的断裂张力比用碳纤维改性的复合物的要高10到100倍,当复合物在受压或被拉伸时,显示出较好的应力传递。

LourieQ 等观察了环氧树脂薄膜中单壁碳纳米管畸变和断裂模式,该复合物对压缩弯曲的临界应力增加了30%。

Lozano,K.等将碳纳米管分散到聚丙烯中,提高了复合材料的工作温度,其力学模量也增加了350%。

Ajay-an,P.等合成了含5%单壁碳纳米管束的环氧树脂。

Qian,D.等制成了含多壁碳纳米管的聚苯乙烯复合材料,发现质量百分数为1 %的碳纳米管会使聚合物的弹性模量和断裂应力分别增加36- 42%和25%。

Tibbetts 和McHugh发现,要使材料的弹性模量有相同的增长,碳纤维的加入量约为碳纳米管的十倍。

高强度碳纳米管复合材料在航天技术中也有重要应用,美国国家航空航天管理局在阿拉斯加会议上透露,为了在10- 15年后登上火星,要大力发展质量轻、强度高的碳纳米管聚合物复合材料,并已开始将碳纳米管用于各种工程塑料中,对其性能进行研究。

增强塑料代替金属的应用日益增多,但塑料制品易产生静电,可能会带来不利的后果,为此需要研制防静电增强材料。

爱尔兰都柏林Trinity 学院研究表明,在塑料中加2-3%的多壁碳纳米管可使导电率大大提高。

英国剑桥大学开展的一项研究发现,将碳纳米管分散于一种环氧树脂中,极低的添加量就能产生较高的导电率。

GE公司已经研究用碳纳米管制备导电纳米复合材料,碳纳米管含量为10%的各种工程塑料如聚碳酸酯、聚酰胺等的导电率均比用炭黑等作填料时的高,该类复合材料有可能在汽车车体上得到广泛应用。

用10%勺多壁碳纳米管作填料可使聚合物的导电性提高10个数量级。

Sandler等发现碳纳米管添加量只有0.1%的环氧树脂复合材料可用作静电屏蔽材料,用少量碳纳米管代替炭黑可使复合物的导电性提高到6x10-3Sm-1。

碳纳米管聚合物复合材料的一个极有潜力的应用就是实现对手机和电脑等电磁辐射的屏蔽,Eikos公司已经申请了相关的专利。

香港理工大学用苯乙炔在短碳纳米管的存在下进行聚合,得到的聚苯乙炔保持了其可溶于溶液的性能,并且发现这种碳纳米管PPA容液在激光脉冲照射下显示出与纯PPA不同的性能。

Tang,M等研究了碳纳米管对PPA链的影响,发现碳纳米管可保护聚合物链避免在剧烈的激光辐射下降解。

Ago等经研究发现,PPV多壁碳纳米管复合材料可用作高效光伏器件。

S.A.Curran等合成的基于共轭聚合物碳纳米管复合材料的有机光发射二极管有更低的电流密度和更好的热稳定性。

拜耳材料科技成立了一家年产达30吨的碳纳米管试制生产工厂。

计划产能很快会扩大到60吨,这将使拜耳材料科技成为生产碳纳米管的前三强企业之一。

一座具有产能3000吨/年的工业规模生产工厂也在计划之中。

根据市场调查预测碳纳米管在接下来的几年里市场潜力将达到数千吨。

拜耳材料科技的Baytubes使用了聚合体关键技术,向客户提供了一体化的Baytubes材料生产各种塑料产品,例如体育器材等。

在塑料冰球棍和棒球棒中加入碳纳米管以提高其冲击稳定性。

芬兰制造商Berner Sports公司制造的“金锤”棒球棒具有优异的抗冲性能。

Baytubes在冬季运动会上也帮助了运动员取得了最好的成绩。

纳米管的出现,使来自Exel公司的NTech 滑雪杖重量比传统的轻6%但硬度却比传统的高出30%Exel公司目前计划将纳米技术用于一项现在还不广为人知的地板球运动项目。

这是一项非常刺激的已经存在数个世纪的游戏,在20世纪50年代引入到美国,瑞典人是发起地板球这一狂热游戏的第一个欧洲国家,瑞典国家队在地板球的世界总冠军位置上已经处于绝对优势。

Exel公司计划在今年秋季向市场推出全新一代的球棒。

总之Baytubes能保证更好的地板球表现。

制备碳纳米管聚合物复合材料中存在的问题虽然碳纳米管在制备质轻、高强度复合材料中有潜在的应用前景,但要将其真正变成实现,还有许多问题需要解决。

1. 碳纳米管的分散和界面结合力碳纳米管的表面能较高,容易发生团聚,使它在聚合物中难以实现均匀分散。

碳纳米管要作为增强材料必须要与聚合物骨架紧密结合,这样才能使应力有效地转移到碳纳米管上。

如何均匀分散碳纳米管并增强碳纳米管和基体材料界面间的结合作用,在现在和将来都是很重要的研究课题。

通过改性可使碳纳米管在聚合物中均匀分散,并增强其与聚合物的结合力。

常见的改性方法有两种,一种为化学改性,即利用化学试剂处理碳纳米管引入某些特定的官能团或通过高能量放电、紫外线等方法在碳纳米管表面引入某种官能团的方法。

Liu等通过酸化处理在碳纳米管上成功地引入了羧基和羟基;Dai等通过磺化反应将磺酸基引入了碳纳米管;有人将碳纳米管用等离子射线处理后引入了多糖链;Go ng,X.等发现表面活性剂能很好地促进碳纳米管的分散。

另一种方法就是物理改性,即运用机械应力激活碳纳米管表面以达到改性的目的,主要是通过粉碎、摩擦、超声分散等手段实现的。

例如J.Sandler通过超声手段制备了环氧树脂碳纳米管复合材料。

碳纳米管和聚合物晶格间的相互作用对于碳纳米管聚合物复合材料的机械性能有重要影响,许多人对界面间的应力传递作了研究。

Lordi,V.等发现聚合物的构象对于界面强度有重要影响,通过计算发现双壁碳纳米管层间摩擦比纳米管和聚合物基体间的摩擦低得多,说明复合物中多壁碳纳米管的层间或单壁碳纳米管束之间存在滑移。

Cooper等用拉曼光谱研究了碳纳米管环氧树脂复合物内的应力传递,发现应力传递对应于谱图G'(2610cm-1)点向低波数的移动。

Ajayan等通过研究碳纳米管环氧树脂复合物,认为拉曼光谱中强度较为恒定的谱峰与碳纳米管束间的滑动有关,这也说明碳纳米管中存在较弱的界面载荷传递现象。

Schadler等通过研究多壁碳纳米管环氧树脂复合物材料,也得到了类似的结果。

2. 碳纳米管的取向问题碳纳米管在聚合物中的取向应符合材料受力的要求,研究表明通过一定的加工可以改善碳纳米管在聚合物中的取向,进一步改善复合材料的性能。

Jin等将多壁碳纳米管溶解于一种热塑性聚合物溶液中,通过蒸发干燥制备出碳纳米管呈无序分散状态的薄膜,然后在其软化温度之上加热并用恒定负荷进行机械拉伸,使其在负荷下冷却至室温,发现通过机械拉伸复合物可以实现碳纳米管在复合物中的定向排列。

3. 碳纳米管的成本问题碳纳米管的独特性能使之在用于制备复合材料中享有很大的优势,但一个突出的问题就是碳纳米管的价格一直较高,目前多壁碳纳米管的价格为每公斤5000元以上,单壁碳纳米管的价格为每公斤15万元以上,如此昂贵的价格,限制了碳纳米管在实际中的应用,并使碳纳米管聚合物复合材料的制造成本过高,所以如何降低碳纳米管的使用成本是今后一个急需解决的现实问题。

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