碳纳米管对水泥基复合材料力学性能的影响
碳纳米管增强水泥材料抗折性能研究
碳纳米管增强水泥材料抗折性能研究作者：朱奎胜许卫华来源：《科技经济市场》2019年第10期摘要：本文制备了掺杂不同比例碳纳米管（CNT）的水泥基复合材料试件，按照《GB/T17617-1999水泥胶砂强度检验方法》研究碳纳米管对水泥材料抗折强度的影响。
結果表明：碳纳米管的掺入显著改变材料的抗折力学性能，当碳纳米管掺量达到0.3% 时，水泥复合材料的抗折强度比空白试样有较大幅度的增强，随着养护龄期的增长，碳纳米管对水泥复合材料的抗折强度增强作用下降。
关键词：水泥;碳纳米管;抗折强度0 引言水泥材料是现代建筑中应用最广泛、使用最成功的结构材料，在世界范围内大量使用。
随着建筑技术的进步，超高层和大跨度建筑结构越来越多地出现在世界各地，这些现代建筑对结构材料提出了更高的要求。
水泥材料也由传统仅依靠其承载能力的单一功能，向复合化、高耐久性、高强高性能化、功能化及智能化等方向发展。
碳纳米管是一种石墨结晶的管状碳材料，其质量轻、硬度高、强度高，力学性能优异，适合作为水泥基复合材料的增强体。
加入碳纳米管的水泥材料在力学性能增强的同时，可赋予复合材料良好的耐久性、功能性等综合性能。
本文制备了掺杂不同比例碳纳米管并养护不同龄期的水泥净浆硬化体，利用液压万能试验机对其抗折强度进行测试分析，探究碳纳米管的加入对水泥抗折力学性能的影响，并从微观角度对产生影响的原因进行分析。
1 试验1.1 原材料普通硅酸盐水泥（P·O42.5）：郑州天瑞水泥有限公司，性能参数见表1;多壁碳纳米管（MCNT）：苏州恒球石墨烯科技有限公司，参数见表2;碳纳米管分散剂：聚乙烯吡咯烷酮K30;HB-03型改性有机硅液体消泡剂;脱模油。
1.1.1 试样制备碳纳米管水泥基复合材料试验，采用水灰比为0.4的水泥净浆作为基体，分别掺杂不同比例的碳纳米管。
掺量分别为：0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，试样编号为A0-A6。
碳纳米管水泥基复合材料的研究综述
总752期第十八期2021年6月河南科技Journal of Henan Science and Technology碳纳米管水泥基复合材料的研究综述王兵朱洲萍闵金伟林泽桦（江西理工大学土木与测绘工程学院，江西赣州341000）摘要：在广大学者的共同努力下，关于碳纳米管水泥基复合材料的性能研究越来越多，已取得了一些研究成果。
基于此，本文对碳纳米管在水泥基复合材料中的应用研究进行综述，包括碳纳米管在水泥净浆中的应用研究，碳纳米管在混凝土中的应用研究，碳纳米管在砂浆中的应用研究。
关键词：碳纳米管；水泥基；力学性能中图分类号：TQ172.1；TB332文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）18-0092-03 Review of Carbon Nanotube Cement-Based CompositesWANG Bing ZHU Zhouping MIN Jinwei LIN Zehua（School of Construction and Surveying&Mapping Engineering,Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou Jiangxi341000）Abstract:With the joint efforts of many scholars,there are more and more researches on the properties of carbon nanotube cement matrix composites,and some achievements have been made.Based on this,this paper summarizes the application research of carbon nanotubes in cement-based composites,including the application research of car⁃bon nanotubes in cement paste,the application research of carbon nanotubes in concrete and the application research of carbon nanotubes in mortar.Keywords:carbon nanotubes；cement-based；mechanical properties由于混凝土的凝结硬化特性，其内部往往存在大量的原生微裂缝、空隙与缺陷。
碳纳米管的力学特性及其在改善水泥基材料性能中的应用
作 者 简 介 ： 利 武 （９ ７ ）男 ， 南 洛 阳人 ， 师 ， 常 １７一 ， 河 讲 硕士 ．
公 认 具有 极高 的力 学 性 能 参 数 ， 不 同学 者 报 道 的力 但
学 性 能研 究结 果还 存 在 比较 大 的分 歧 ． 文 首先 介 绍 本 我 们 近期对 于碳 纳 米管 力学 性能 参数 和屈 曲行 为 的研 究 成果 ［ ， 合 这 些 成 果 研 究 制 约 碳 纳 米 管 应 用 的 ３ 结 ］
碳 纳 米 管 的 力 学 特 性 及 其在 改 善水 泥 基 材 料 性 能 中的应 用
常利 武 ， 玉周 ， 林 峰 孙 杨
（ 原工学院 ， 州 ４００） 中 郑 ５０ ７
摘 要 ： 通 过 理 论 分 析 和 数 值 模 拟 研 究 了碳 纳 米 管 的力 学 性 能 参 数 和 其 在 轴 向 压 缩 以及 弯 曲 荷 载 作 用 下 的 屈 曲 行 为 ， 并 进 行 了 用 碳 纳 米 管 提 高 水 泥 基 复合 材 料 强 度 和 韧 性 等 力 学 性 能 的实 验 ． 果 表 明 ： 好 的分 散 效 果 被 获 得 后 ， 泥 基 结 当 水 复合 材 料 的 强 度 和 韧 性 可 以得 到 明显 的 改 善 ， 碳 纳 米 管容 易 发 生 屈 曲 的 特 性 是 影 响 其 作 为 理 想 增 强 材 料 的 一 个 内 在 而
原因．
关
键
词 ： 碳纳米管 ； 强度 ； 性 ； 泥 基 材 料 韧 水 文 献 标 志码 ： Ａ Ｄ ： ０ ３ ６ ／．ｓ ｎ １ ７ — ６ ０ ． ０ １ ０ 。 ０ ０Ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ． ６ １ ９ ６ ２ １ ． ２ ０ １ ｓ
碳纳米管的力学特性及其在改善水泥基材料性能中的应用
碳纳米管的力学特性及其在改善水泥基材料性能中的应用常利武;孙玉周;杨林峰【摘要】通过理论分析和数值模拟研究了碳纳米管的力学性能参数和其在轴向压缩以及弯曲荷载作用下的屈曲行为,并进行了用碳纳米管提高水泥基复合材料强度和韧性等力学性能的实验,结果表明:当好的分散效果被获得后,水泥基复合材料的强度和韧性可以得到明显的改善,而碳纳米管容易发生屈曲的特性是影响其作为理想增强材料的一个内在原因.【期刊名称】《中原工学院学报》【年(卷),期】2011(022)002【总页数】5页(P1-4,21)【关键词】碳纳米管;强度;韧性;水泥基材料【作者】常利武;孙玉周;杨林峰【作者单位】中原工学院,郑州450007;中原工学院,郑州450007;中原工学院,郑州450007【正文语种】中文【中图分类】TU5;0346.3碳纳米管是日本科学家在1991年发现的一种中空管状纳米结构［1］，它重量轻，六边形结构连接完美，具有十分优异的力学、电磁学和化学性能．在力学性能方面，碳纳米管的强度和韧性极高，弹性模量也极高（E＝1～8 TPa），与金刚石的模量几乎相同，为已知的最高材料模量，约为钢的5倍；其弹性应变可达5%，最高12% ，约为钢的60倍，而密度只有钢的几分之一；其断裂应变可达10%～30%［2］．碳纳米管无论是强度还是韧性，都远远优于任何纤维．将碳纳米管作为复合材料的增强体，可表现出良好的强度、韧性、抗疲劳性及各向同性等特征．本文的主要目的是研究碳纳米管在提高水泥基复合材料力学性能中的应用，并从碳纳米管的力学特性和实验环节2方面分析影响其应用效果的因素．分析碳纳米管的力学特性对于研究其在复合材料中的应用具有非常重要的指导意义．尽管碳纳米管被公认具有极高的力学性能参数，但不同学者报道的力学性能研究结果还存在比较大的分歧．本文首先介绍我们近期对于碳纳米管力学性能参数和屈曲行为的研究成果［3－4］，结合这些成果研究制约碳纳米管应用的内在因素．碳纳米管尺寸小，具有巨大的比表面积及很高的长径比，它们之间存在强大的范德华引力，导致碳纳米管很容易发生缠绕或团聚，所以影响碳纳米管对水泥基复合材料的力学性增强效果的重要实验因素是碳纳米管在水泥浆中的分散均匀性［5－6］．本文系统地介绍了碳纳米管在水泥浆中的分散工艺以及碳纳米管增强水泥基复合材料的制备技术，通过力学性能测试，结合碳纳米管力学性能分析，较全面地研究影响碳纳米管改善水泥基复合材料强度和韧性等力学性能的实验因素．单壁碳纳米管为空心的管状结构，它的表面碳原子通过共价键构成周期性的六边形网络，可被看作由石膜片卷曲为圆柱形状得到（图1（a）），多壁碳纳米管可看作由若干个同心的单壁碳纳米管套构而成．在我们的分析中，把一个单壁碳纳米管看作高阶连续体［3－4］，为了分析某位置的本构反应，在该处假设一代表单元（图1（b）），代表单元中的3个键矢量用高阶Cauchy－Born准则来近似计算，该位置的应变能密度由代表单元的Brenner势能除以其体积得到，应变能密度最小化可得到碳纳米管的初始构型，在高阶连续理论框架内可计算其力学性能参数．图2所示为碳纳米管的轴向和环向弹性模量随管半径的变化，可看出其弹性模量在0．6 TPa左右．用本方法亦可计算分析其他力学性能参数［3］．在高阶连续理论框架内，我们发展了一套无网格数值计算方法，以模拟碳纳米管在不同载荷环境下的反应．数值模拟显示碳纳米管极易发生屈曲现象．例如，一个8．71 nm长的单壁碳纳米管在轴向压力作用下，当压应变达到6%时发生屈曲变形，其形状如图3（a）所示；一个12．87 nm 长的（15，0）单壁碳纳米管在弯曲外力作用下，当端面弯曲角达到32．75°时发生屈曲变形，其形状如图3（b）所示．当屈曲现象发生时，碳纳米管的性能会发生很大变化，这直接影响碳纳米管的应用效果．实验所用多壁碳纳米管（MWCNT）购自深圳纳米港有限公司；分散剂选用羧甲基纤维素钠（CMC）、十六烷基三甲基溴化铵（C16 TAB）及聚乙烯吡咯烷酮（PVP）；水泥高效减水剂（FDN）由河南建苑工程材料有限公司生产，减水率大于17%；水泥选用振新牌P．O．42．5普通硅酸盐水泥，产自河南新乡；砂子选用新标准砂，由厦门艾思欧标准砂有限公司生产；消泡剂选用磷酸三丁酯（TBP）溶液，由天津科密欧化学试剂开发中心生产；实验用水均采用市售纯净水．实验所采用的设备有：精度分别为0．01 g和0．1 g的电子秤；ZNCL－B型数显磁力加热搅拌器；BX3300LH型超声波清洗器；SJZ－15型水泥砂浆搅拌机和ZS－15型水泥胶砂振实台；CMT系列万能材料试验机及JYE－300A型电脑全自动恒应力压力试验机．由于碳纳米管之间存在强大的范德华引力而很容易发生团聚，所以对碳纳米管增强水泥基复合材料而言，碳纳米管在水泥浆体中的分散均匀性是影响材料性能的一个重要指标．为此，本文借鉴文献［5］、［6］，研究不同分散剂对碳纳米管在水性体系中的分散效果．分散过程为：先将一定剂量的各种分散剂分别加入装有50 ml纯净水的烧杯中加热至60℃并保持恒温，待分散剂完全溶解后加入称量好的多壁碳纳米管，磁力搅拌（转速600 r／min）15 min后，密封处理后静置．观察不同分散剂对多壁碳纳米管的分散效果（如表1所示）．由表1可知，磁力搅拌对改善多壁碳纳米管在水性体系中的分散效果并不理想，会出现明显的团聚现象，且所得悬浮液性能不稳定，放置12 h后均出现不同程度的分层现象．为得到理想的分散效果，本文尝试将磁力搅拌后的多壁碳纳米管分散液放入超声波清洗器中超声处理60 min，密封处理后静置观察到的实验现象如表2所示．对比表1和表2可以看出：超声处理能大大改善碳纳米管在水性体系中的分散效果，相对于其他2类分散剂，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）宜作为碳纳米管增强水泥基复合材料的分散剂．分散技术解决后，便可制备碳纳米管增强水泥基复合材料．制备过程按下列步骤进行：（1）将称量好的分散剂（PVP）分成2份，分别加入到装有100 ml纯净水的烧杯中，加热至60℃并保持恒温至完全溶解，然后加入实验所需剂量的多壁碳纳米管，并将混合液磁力搅拌15 min（转速为300 r／min）．（2）将上述经过高速磁力搅拌后的多壁碳纳米管分散液冷却至室温并分成4份，再放入超声波清洗器中超声处理60 min（超声频率为40 k Hz）；加入适量的消泡剂（TBP）消除溶液表层泡沫待用．（3）首先将实验规划用量的水泥、标准砂和减水剂装入水泥胶砂搅拌锅中并手动混合均匀，在搅拌过程中再缓慢加入步骤（2）所得到的碳纳米管分散液．按规范搅拌2个标准循环后装入标准水泥胶砂三联试模中（尺寸40 mm×40 mm×160 mm），振实排泡、抹平表面成型．（4）成型试件用湿布覆盖，24 h后拆模并移至标准养护箱中养护至28 d龄期．将养护好的试件样品取出，用湿布擦去表面多余的水，采用CMT系列微控电子万能材料试验机进行三点弯曲实验．实验中选择位移控制方式加载，加载速率取为0．03 mm／min．获取峰值荷载后，根据下列公式计算试样的挠曲强度．式中：ft为挠曲强度（MPa）；F为峰值载荷（N）；l为支座两端距离，取120 mm；b、h分别为试样的宽度与高度，均为40 mm．抗压强度测试在JYE－300A型全自动恒应力压力试验机上进行．将三点弯曲试验破坏后的试件进行抗压实验，得到碳纳管增强水泥基复合材料的抗压强度．表3所示为掺碳纳米管水泥基复合材料的28 d挠曲强度和抗压强度测试结果；图4所示为不同碳纳米管掺量复合材料的挠曲强度和抗压强度随碳纳米管掺量的变化趋势．由表3及图4可看出：加入MWCNT的水泥砂浆梁的挠曲强度及抗压强度比不掺MWCNT的水泥砂浆梁有显著提高；当MWCNT的添加量小于0．08 wt%时，挠曲强度呈递增趋势，其后碳纳米管的增强效果稍有减弱，最大挠曲强度值为8．24 MPa，比不掺MWCNT的水泥砂浆梁的挠曲强度增加23．91%；抗压强度也有类似规律，当MWCNT的添加量小于0．10 wt%时，抗压强度随碳纳米管掺量的增大而增大，但其后随着碳纳米管掺量的增大，水泥砂浆梁的抗压强度增加量变化很小，最大抗压强度值66．2 MPa（MWCNT 添加量为0．20 wt%），比不掺MWCNT的水泥砂浆梁提高51．83%．上述结果表明，掺入一定量的碳纳米管后，复合材料的挠曲强度和抗压强度均可显著提高．但碳纳米管掺量存在一个最优值（约为0．10 wt%），当碳纳米管掺量小于此值时，复合材料的抗压强度和挠曲强度随着碳纳米管掺量的增加而增加；当碳纳米管掺量大于此值时，复合材料的抗压强度和挠曲强度增加值基本不变或减弱．图5所示为一组典型的不同碳纳米管掺量水泥砂浆梁试件的荷载－挠度曲线（P－δ曲线）．从破坏特征上看，掺碳纳米管的水泥砂浆梁与素水泥砂浆梁的破坏特征有显著差别．素水泥砂浆梁破坏过程短暂，在较小变形下荷载迅速达到峰值，呈现明显的脆性特征；破坏断面均出现在跨中，且表面平直．而掺碳纳米管水泥砂浆梁破坏呈现明显的塑性特征，破坏断裂面并不都发生在跨中，断面粗糙曲折且最终试件也未断裂成2部分．当荷载较小时，碳纳米管水泥砂浆梁的变形能力较素水泥砂浆梁有明显增大；随着碳纳米管掺量的增加（但小于0．08 wt%），碳纳米管水泥基复合砂浆梁表现出更大的承载能力及变形能力．这是由于在变形过程中，碳纳米管能吸收更大能量以阻止微裂缝的产生和发展所致．但当碳纳米管掺量继续增大，其峰值荷载和塑性变形性能随碳纳米管掺量的增加反而有不同程度的减小．这可能是由于随着碳纳米管掺量的增加，增加的碳纳米管在分散剂所形成的溶剂中没有很好地分散所造成的．韧性表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，反映了材料变形和断裂的综合特征．韧性越好，其抵抗疲劳、冲击破坏的能力越强，材料发生脆性断裂的可能性就越小．本文采用P－δ曲线所围面积值作为复合材料的韧性指标，韧性指数取各掺量碳纳米管水泥砂浆梁韧性指标与素水泥砂浆梁的韧性指标的比值．表4给出了掺碳纳米管水泥砂浆的韧性随碳纳米管掺量的变化情况和韧性指数．由变化情况看，韧性变化与强度变化具有类似特征，当碳纳米管掺量较小时，复合材料韧性增加明显，但当碳纳米管掺量一定时，复合材料韧性增加值变小．本文从理论和实验2个方面分析了影响碳纳米管在水泥基复合材料中应用效果的因素．虽然碳纳米管具有极高的强度和弹性模量，但其空心、薄壁的特征导致其极易发生屈曲变形，从而影响其应用效果，通过化学手段增强碳纳米管与基体之间的化学键作用是解决这一问题的一种方法．由于碳纳米管很容易发生团聚，分散技术是影响碳纳米管水泥基复合材料力学性能的重要因素，选用合适的分散剂并结合超声处理可以达到较理想的分散效果，能较明显地提高水泥基复合材料的强度和韧性等力学性能．因此，为了获得理想的增强、增韧效果，应该选择适当的碳纳米管掺入量．【相关文献】［1］Iijima S．Helical Microtubules of Graphitic carbon［J］．Nature（London），1991，354：56－58．［2］Meyyappan M．Carbon Nanotubes：Science and Application［M］．Boca Raton：CRC Press LLC，2005．［3］Sun Y Z，Liew K M．A Precise Model to Predict the Structrual and Elastic Properties of Single－walled Carden Nanotubes［J］．Journal of Computational and Theoretical Nanoscience，2010，7（3）：583－593．［4］Sun Y Z，Liew K M．Bending Buckling of Single－walledCarbon Nanotubes：Higher Order Gradient Continuum and Mesh－free Method［J］．Computer Method in Applied Mechanics and Engineering，2008，197：3001－3013．［5］李庚英，王培铭．碳纳米管－水泥基复合材料的力学性能和微观结构［J］．硅酸盐学报，2005，33（1）：105－108．［6］罗健林，段忠东．碳纳米管的分散性及其增强水泥材料力学性能［J］．建筑结构学报，2008（s1）：246－250．。
碳纳米管增强金属基复合材料的力学性能研究
碳纳米管增强金属基复合材料的力学性能研究近年来，碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）作为一种新型纳米材料，引发了广泛的研究兴趣。
由于其优异的力学性能和独特的结构，碳纳米管成为改善传统材料性能的理想增强剂。
本文旨在探讨碳纳米管增强金属基复合材料在力学性能方面的研究现状和发展趋势。
首先，碳纳米管作为增强剂，可以显著改善金属基材料的强度和硬度。
研究证实，当碳纳米管掺杂在金属基复合材料中时，由于其高强度和刚度，可以有效抵抗金属晶粒的滑移和扩散，从而提高材料的抗拉强度和屈服强度。
同时，碳纳米管还能增加复合材料的硬度，因为其针状结构可阻碍位错的运动，从而使材料更难发生塑性变形。
其次，碳纳米管对金属基复合材料的韧性和断裂韧度也有显著的影响。
相比于纯金属材料，碳纳米管可以增加复合材料的断裂韧度。
这是因为碳纳米管具有高强度和高韧性的特点，能够吸收和分散外载荷，在复合材料中形成桥梁效应，提高其韧性。
此外，由于碳纳米管材料表面的高能位缺陷，能够吸附并扩散裂纹的尖端，进一步抑制裂纹的扩展速率，从而提高复合材料的断裂韧度。
不仅如此，碳纳米管还可以提高金属基复合材料的疲劳寿命和耐蚀性。
由于其高强度、高模量和良好的润湿性，碳纳米管可以抵抗金属表面的应力腐蚀和疲劳裂纹扩展，延长金属基复合材料的使用寿命。
同时，碳纳米管还能够吸附和吸收金属表面的有害离子和分子，提高复合材料的耐腐蚀性能。
然而，在实际应用中，碳纳米管增强金属基复合材料还面临一些挑战。
首先，碳纳米管的分散性是影响复合材料力学性能的重要因素。
碳纳米管的高表面能使其易于团聚，在复合材料中形成团簇，导致性能不稳定。
因此，如何实现碳纳米管在金属基复合材料中的均匀分散是当前亟待解决的课题。
此外，碳纳米管与金属基材料之间的界面相互作用也是影响复合材料性能的关键因素之一。
界面的相容性和结合强度直接影响复合材料的力学性能。
寻找合适的界面改性方法和结构设计，以增加碳纳米管与金属基材料之间的结合力，实现优化的界面效果，是进一步提高复合材料性能的重要课题。
碳纳米管聚合物基复合材料力学性能研究及应用前景
碳纳米管/聚合物基复合材料力学性能研究及应用前景摘要：碳纳米管以其独特的化学性能和物理性能成为复合材料的增强体，目前在许多科学研究领域中得到应用。
本文介绍了碳纳米管修饰的高分子复合材料在国内外的研究现状，进一步对几种碳纳米管/聚合物基复合材料的结构和力学性能进行综述。
在此基础上，分析并展望了今后碳纳米管/聚合物复合材料的发展趋势。
关键词：碳纳米管高分子复合材料力学性能Abstract：Carbon Nanotubes(CNT) become reinforced composite materials due to their unique chemical and physical properties , it applied in many scientific research currently. This paper introduces the current situation of CNT modified polymer composites in domestic and abroad, the structural and mechanical properties of several CNT / polymer composites were further reviewed . On this basis, we analyzes and prospects the future development trend of carbon CNT / polymer composites.Key words：carbon nanotubes，polymer，composites， the properties of mechanical碳纳米管（CNT）又名巴基管，是一种由管状的同轴纳米管组成的碳分子。
它由Lijima[1]在1991年发现，作为石墨、金刚石等碳晶体家族的新成员，由于其独特结构因而具有许多特异的物理性能，所以受到了各个领域科学家的高度重视，并且成为近年来材料领域的研究热点。
碳纳米管对水泥基复合材料性能影响综述
碳纳米管对水泥基复合材料性能影响综述摘要：碳纳米管具有优异的力学性能、韧性、耐酸碱和化学稳定性，是一种具有广阔前景的新型纳米材料。
本文对碳纳米管在水泥基复合材料体系其分散方法和研究成果进行阐述，并对碳纳米管作为水泥基复合材料性能增强体的研究成果进行总结分析。
关键词：碳纳米管，分散方法，水泥基复合材料，力学性能1.引言碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）于1991年首次由Iijima[1]制备C60过程中发现。
CNTs是一种一维纳米材料，其径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米级，其结构为数层到数十层石墨烯片层卷曲闭合形成的同轴圆管，其结构示意图见图1。
又因CNTs的石墨烯片卷曲层数不同，可将其分为单壁碳纳米管（CNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）[2]。
CNTs 具有优越的物理力学性能源自它的碳原子以SP2原子轨道杂化为主，CNTs抗拉强度可达到50~200GPa，而常用的Q235钢的抗拉强度仅有370~500 MPa，密度仅为钢的1/6，延伸率可达到20%，长径比可达到500~1000[3-4]。
CNTs作为纳米材料，其具有尺寸效应和边界效应，能够有效水改善泥基复合材料的孔隙结构，提高水泥混凝土的整体性、力学性能和耐久性，是一种性能优异的复合材料增强组分。
将CNTs用于改性水泥基复合材料性能已成为研究热点。
1.CNTs的分散方法CNTs的长径比大，表面具有很高的自由能，且管与管之间的范德华力强，易聚集成束或缠绕，形成团聚的状态，导致其难以在基体材料中有效分散，无法有效发挥增强作用。
为提高CNTs在水泥基复合材料中的分散性能，大量学者进行了相关研究，并取得了相应成果。
目前，可用以提高CNTs在水泥基复合材料分散性的主要分为物理分散和化学分散两大类,其中物理分散有机械搅拌法、超声波分散法以及球磨法等;化学分散方法有表面修饰法、添加分散剂等方法[1-5]。
目前研究表明，单一的分散方法很难使CNTs达到良好的分散效果，而不同分散技术结合时，CNTs的分散效果更好[3-5]。
碳纳米管改善水泥基材料性能的微观机理
米管水泥基复合材料受 荷时 ， 有利 于应 力从基 体 向碳 纳米管的传递 ， 从而有效地抑制裂缝的扩展 ， 增大粘结
强度 ， 同时高弹性模量 的碳纳米管具有很小 的泊松 比， 在拨出过程 中， 碳纳米管不易发生伸长变形 ， 而且水泥 基体也有 紧缩 的趋势 ， 则增大 了碳纳米管 的拔 出阻力 ， 体现出更好 的粘结性能ｕ 。 碳纳米管加入到水 泥基 中后 ， 水 泥水化 颗 粒会被 碳纳米 管包裹在一起 ， 水泥颗粒分散开来 ， 直接导致其 早期水化加快 ， 表现 出 的维 氏硬度 比空 白样 要高 。纳 米压痕 实验证 明 ， 碳纳米管 的加 入提高 了水泥水 化 产物 中高硬度 Ｃ Ｓ Ｈ 的含 量 ， 同样 可 以发 现 ｃ ａ （ Ｏ Ｈ） 晶体 的相 对含 量增加 ， 碳 纳米管加入促 进 了 Ｃ ａ （ Ｏ Ｈ）
１ ９ ９ １ ， ３ ５ ４ （ ６ ４ ３ ８ ） ： ５ ６—５ ８ ．
紧密地包裹 着碳纳米管 ， 碳 纳米管 与基 体较好 的粘 结 （ 如 图 ２所示 ） ， 可以有效 阻止 水泥基 体 中微 裂纹 的发
展 与延 伸 ， 从 而减 少 了水泥基 体 微缺 陷 的产 生。 － ． 因 碳纳 米管与水泥基有着很 高 的弹性模 量 比值 ， 在碳 纳
Ｃ ｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ Ｃ ｏ ｍｐ ｏｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ， ２ ０ １ ０ ， （ ３ ２ ）： １ １ ０—１ １ ５ ．
［ ６ ］ Ｇ Ｙ Ｌ ｉ ， Ｐ Ｍ Ｗａ ｎ ｇ ， Ｘ Ｈ Ｚ ｈ ａ ｏ ．Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｌ ａ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ －
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。
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近年来，随着科技的不断发展，碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）作为一种新型纳米材料，引起了广泛的关注和研究。
碳纳米管具有轻质、高强度、高导电性等优异的性能，被认为是一种理想的增强材料。
在复合材料中加入碳纳米管可以显著提高材料的力学性能，因此在工程领域具有广泛的应用潜力。
首先，碳纳米管的高强度使其成为一种理想的增强材料。
碳纳米管的强度远远超过传统的增强材料，如玻璃纤维和碳纤维。
研究表明，碳纳米管的强度可以达到200 GPa，是钢铁的几倍。
因此，将碳纳米管引入复合材料中，可以显著提高材料的强度和刚度。
例如，在航空航天领域，使用碳纳米管增强复合材料可以减轻飞机的重量，提高飞机的燃油效率，并增加飞机的载荷能力。
其次，碳纳米管的高导电性也为复合材料的应用带来了新的可能性。
由于碳纳米管具有优异的导电性能，可以在复合材料中形成导电网络。
这种导电网络可以用于制造传感器、电子器件等。
例如，在智能结构领域，使用碳纳米管增强复合材料可以制造出具有自感应功能的结构，实现无线监测和控制。
此外，碳纳米管还可以用于制造柔性电子器件，如柔性显示屏和柔性太阳能电池等。
此外，碳纳米管还具有良好的热导性能。
研究表明，碳纳米管的热导率可以达到3000 W/mK，是铜的几十倍。
因此，将碳纳米管引入复合材料中，可以显著提高材料的热导性能。
这对于制造高效的散热材料和热管理器件具有重要意义。
例如，在电子器件领域，使用碳纳米管增强复合材料可以制造出高效的散热片，提高电子器件的散热效果，延长器件的使用寿命。
然而，碳纳米管增强复合材料的研究仍面临着一些挑战。
首先，碳纳米管在复合材料中的分散性是一个关键问题。
由于碳纳米管的表面能较高，容易出现团聚现象，导致复合材料的性能下降。
因此，研究如何有效地将碳纳米管分散在复合材料中，成为了一个热点问题。
其次，碳纳米管的制备成本较高，限制了其在工业上的应用。