碳纳米管复合材料的制备研究进展
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单壁碳纳米管 碳纳米管复合材料的制备研究进展
王子川
摘要 碳纳米管由于其优异的性能而成为近年来研究的热点。本文则从碳纳米管的制备、
纯化、复合等步骤综述了碳纳米管复合材料的制备方法。
关键词 碳纳米管 复合材料 制备
0 引言
在1991年日本NEC公司基础研究实
验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高
分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设
备中产生的球状碳分子时，意外发现了由
管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是
现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳
米管，又名巴基管。[1]
碳纳米管成空心管状结构，其长度为
微米级，直径为纳米级。按照石墨烯片的层数分类可分为单壁碳纳米管
（Single-walled nanotubes， SWNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes，
MWNTs）。[2]
利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。例如用碳纳米管
材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。使用水泥做
基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高，不易对环境
造成影响。碳纳米管增强陶瓷复合材料强度高，抗冲击性能好。碳纳米管上由于
存在五元环的缺陷，增强了反应活性，在高温和其他物质存在的条件下，碳纳米
管容易在端面处打开，形成一个管子，极易被金属浸润、和金属形成金属基复合
材料。这样的材料强度高、模量高、耐高温、热膨胀系数小、抵抗热变性能强。
碳纳米管和其他材料的复合可以实现组元材料的优势互补，如引入碳纳米管
到PAN树脂中配置纺丝原液，既能提高原丝强度，又可以提高碳收率。但是，
在通常情况下，碳纳米管以团聚的形式存在，呈表面惰性，这往往会削弱单根碳高分子081班 王子川 081129
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纳米管所表现出来的优异力学、电学特性，从而限制了它的应用。
基于以上分析，本文简要的综述了碳纳米管
复合材料的制备方法及研究进展。
1 碳纳米管的制备
1.1 制备
石墨中的碳原子在1200℃以上的高温下，
从微观结构来看，其网格层面开始卷曲，直到两
个边界完美的结合在一起而形成笼状的碳纳米
管。[2]
目前常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相
沉积法（碳氢气体热解法，CVD），固相热解法、辉光放电法和气体燃烧法等以
及聚合反应合成法。
电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就
是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。电弧放电法的具体过程是：
将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温
度可以达到4000度左右。在这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、
无定型碳和单壁或多壁的碳纳米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以
调节几种产物的相对产量。使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生
成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得
到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。
此外该方法反应消耗能量太大。近年来有些研究人员发现，如果采用熔融的氯化
锂作为 阳极，可以有效地降低反应中消耗的能量，产物纯化也比较容易。[3]
目前实验室中所用碳纳米管多从厂家购买，若要自制，一般采用气相沉积法
或催化热分解法。如陈传胜[4]
等用催化热分解法制备了多壁碳纳米管，再以溶
胶-凝胶法制备镍作催化剂，在 700 ℃下通过催化裂解乙炔气体生长。而增大新、
陈玉莲[5]
在试验中采用了注射CVD法制备碳纳米管。他们以二甲苯为碳源，二
茂铁分解产生铁团簇作为碳纳米管生长所需的催化剂，用氢气和氮气作为载气，
含二茂铁的苯溶液通过恒流泵打入预热炉中，反应炉的温度保持在750
℃左右，碳纳米管的形成 高分子081班 王子川 081129
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碳纳米管沉积在石英玻璃板及管壁上。下图为他们的SEM和TEM照片。
1.2 纯化
自制的碳纳米管往往含有很多的无定形碳、石墨、碳纤维或者是金属催化剂
颗粒等杂质，必须经纯化后才能使用。提纯主要还是利用碳纳米管和杂质间不同
的物理、化学性质将其分离。物理法是根据其在粒径、形状、电性的差异来实现
的，主要有超生分散、离心分离、微孔过滤、空间排阻色谱法、电泳等方法。通
常先通过超声分散使黏附在碳纳米管壁上的杂质脱落，后离心分离，此时碳纳米
管先沉淀下来，而粒度较小的颗粒却悬浮在溶液中，将悬浮液加压或者在超声震
荡的协助下通过微孔过滤膜，就可以将粒度小于微孔过滤膜的杂质粒子除去。
化学法是利用氧化剂对碳纳米管与杂质之间的氧化速率不同来完成的。碳纳
米管的管壁是由六元环碳原子构成，两端通常被五元环、七元环碳原子构成的半
球形帽所封闭。六元环和无定形碳、碳纳米颗粒等其它形态杂质相比没有悬挂健 ，
因而在氧化剂的存在下需要较长时间才能被氧化[6]
。无定形碳和碳纳米颗粒等
杂质因为耐氧化性差，最易被氧化而除去，而碳纳米管的两端都有局部的剧烈弯
曲和非六元环造成的缺陷，也会先于碳纳米管被氧化。精确控制氧化反应的时间
和氧化剂用量可以使杂质氧化剩下碳纳米管从而达到提纯的目的。
从厂家购买的碳纳米管一般也要进行纯化。通常做法是根据所购商品的纯度
选择用酸液加热氧化，95%以上纯度的常用20%的稀硝酸在50℃左右加热回流。
若是纯度不高或是所需的样品需高度纯化，也可采取以下步骤[4]：用混合酸（V
硫酸:V硝酸=3:1）在100℃下加热回流0.5 h，然后用2 mol·L-1的盐酸在100℃
下加热回流2 h，再用去离子水冲洗至滤液pH值呈性，最后烘干研磨即得到纯
净的多壁碳纳米管。
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2 碳纳米管复合材料的制备
碳纳米管比表面积大，长径比大，加之相互之间有范德华力的吸引，这使得
它们常常成一团或一束，特别是对于SWNTs。另外，分散的碳纳米管不是平衡体
系，又会发生团聚，特别是在较高温度下。因而解决碳纳米管在聚合物基体的均
匀分散是制备复合材料的关键问题。目前常用预处理方法有超声波分散、机械搅
拌、加入表面活性剂、对碳纳米管表面进行化学修饰等等。
总体来说，制备含碳纳米管的复合材料主要有以下三种方法：
2.1共混法
共混法是最普遍的复合材料制备方法，适用于有
机高分子复合材料的制备的有溶液共混法和熔融共
混法两种，适用于无机复合材料的共混有球磨法。
溶液共混法是先将碳纳米管在合适的溶剂中分
散，再将溶液与聚合物在一定温度下充分混合，除去
溶剂后模压或浇注即得到复合材料。往往简单的机械
搅拌并不能将碳纳米管特别是SWNTs分开，常借助
大功率的超声分散得到一个暂稳的悬浮溶液，但是长
时间的超声分散也会导致碳纳米管变短，降低最终材
料的性能。还有一种方法是借助表面活性剂，如十二
烷基硫酸钠衍生物。溶液共混法不利之处在于溶剂的
回收将大大地提高生产成本，因而只适宜制备小型试
样。如果溶剂有残留，材料的性能也会受影响。曹素
芝[7]
等人将提纯后的碳纳米管与环氧树脂在丙酮溶
液中混合，高速搅拌分散( 4000r/ min) 或高剪切分散( 8000 r/ min)10min 后， 再
超声处理进一步分散和消除气泡， 加热脱除过量溶剂后， 加入固化剂乙二胺，
搅拌均匀后浇注成试样，以测其导电性。结果是高剪切分散的试样其导电性明显
好于高速搅拌分散的试样。他们的电镜见右图，显然，高剪切分散工艺能使缠绕
在一起的碳纳米管被打散，使其在基体中更好分散，从而导致复合材料具有更好高分子081班 王子川 081129
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的导电性能。
熔融共混法（模压成型、注塑成型和挤出成型）是指聚合物熔体依靠剪切力
或分子自身热运动与碳纳米管相互作用形成聚合物/CNTs复合材料。它的优点是
方法简单易行，有利于实现工业化连续生产，在制备过程中还可以避免溶剂或表
面活性剂对基体材料的污染。其主要的缺点是碳纳米管在复合体系中的分布不均
匀，易发生团聚现象。进为了使碳纳米管能达到很好的分散，熔融共混通常需要
较高温度或者通过多次共混，但是这样会导致聚合物的降解，从而降低复合材料
的性能。[8]
机械球磨法是将无机材料分体和分散好的碳纳米管混合，在球磨介质（乙醇）
中球磨混合，短时间内能够形成均匀的粉盒分体，并对碳纳米管没有损伤。有报
道[9]
表明采用此工艺制备的CNTs-Al2O3复合粉体在1150℃等离子体烧结制备的
复合材料，用压痕法测定的段丽人行被纯氧化铝集体提高3倍。微观结构表明 ，
碳纳米管主要位于氧化铝基体的晶界，与基体的界面结合良好。
2.2 杂凝聚法
杂凝聚法是制备粉体复合材料的方法，具体操作为：将基体相和增强相分别
分散在不同的电解质中，适当地调节分散相溶液的介质，即介质的pH值，电解
质浓度和两种粒子的数目之比等这些因素，使两相粒子具有相反的电荷，通过静
电吸附作用，两相很好地结合在一起，并使电解液呈电中性，从而使得絮凝现象
发生。[5]
2.3 原位聚合法
原位聚合法是一种非常方便的加工技术，它主要是先将碳纳米管均匀分散到
聚合物单体中，再使单体发生聚合。这样聚合物上的化学基团就接枝在碳纳米管
侧壁上， 不但能有效改善碳纳米管与聚合物的相容性，同时还保持碳纳米管的
分散稳定性，使之不容易发生团聚。这种方法特别适合于制备不能采用溶液共混
法和熔融共混法的难溶和热稳定性差的聚合物。
在用碳纳米管制备导电复合材料时，为使基体内形成良好的导电通路却又不
致影响材料的力学性能，对于分散性的要求往往更高，此时原位聚合法是一种很
高聚物／碳纳米管复合材料研究进展
合成化学 Ｃｈｉｎｅｓｅ ＪｏｕⅡ】ａｌ ｏｆ ｃ Ｃｈ￣ｓｔｒｙ １９７
高聚物／碳纳米管复合材料研究进展
李 贺，刘白玲，高利珍，瞿美臻，于作龙
（中科院成都有机化学研究所，四川成都５１００４１）
摘要：简要介绍了近几年高聚物／碳纳米管复合材料的研究进展＋并对高聚物／碳纳米管复台材料研究中的工
艺、方法、实际应用及存在问题进行了讨论 参考文献１８篇。
关键词：高聚物｝碳纳米管Ｉ复合材料；改性 综述
中田分类号｝ＴＱ３１，Ｔｑ２７．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—１５１１（２００２）０３．１９７．０３
Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ
ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ／／Ｃａｒｂ０ｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｕ Ｈｅ，Ｌ１ＵＢａｉ—ｌｉｎｇ，ＧＡＯ Ｌｊ—ｚｈｅｎ，ＱｕＭｅｉ—ｚｈｅｎ，ＹＵＺｕｏ－ｌｏｎｇ
（０蛐 ｕ ｌｎｓｉｍｔ￣ｏｆ Ｏｚｇａｎ￣ｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙｔ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓｔ ｃｋｎ窖ｄｕ ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓ￣ａｃｔ；ｑ＇ｈｅ ｒｅｓｃａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒ／ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｒａａｔｅｒｌａｌｓ ｉｎ ｒｅｔ：ｅＮｔ ｙｅａｒｓ ｈａｓ
ｂｅｅｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．２ｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍａｉｎ ｐｍｈｌｅｍｓ＆ｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．１８ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｗｅｒｅ ｃｉｔｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｍｅｒ￣ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ￣ｒｅｖｉｅｗ
纳米材料学是近年来刚剐兴起并受到普遍关
注的一个新的科学领域。一般说来，纳米复合材料
碳纳米管修饰碳纤维增强树脂基复合材料力学性能研究进展
・８８・ 材料导报Ａ：综述篇 ２０１３年１２月（上）第２７卷第１２期
碳纳米管修饰碳纤维增强树脂基复合材料力学性能研究进展
焦珑，康卫民，程博闻
（天津工业大学纺织学部，天津３００３８７）
摘要 碳纳米管以其稳定的结构、优异的力学性能，成为复合材料的理想增强相。详细介绍了碳纳米管／碳纤
维功能增强体的制备方法及其在增强树脂基复合材料力学性能方面的研究进展，并评述了碳纳米管／碳纤维增强树 脂基复合材料存在的相应问题，为提高碳纤维树脂基复合材料力学性能的研究提供了参考。
关键词 碳纳米管碳纤维树脂基复合材料力学性能 中图分类号：Ｔｔｋ３３２ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｓｉｎ－ｂａｓｅｄ
Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ
ＪＩＡＯ Ｌｏｎｇ。ＫＡＮＧ Ｗｅｉｍｉｎ．ＣＨＥＮＧ Ｂｏｗｅｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８７）
Ａｂｓｔ瑚Ｉｃｔ Ｗｉｔｈ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ（ＣＮＴｓ）ｂｅｃｏｍｅ ａ
ｐｅｒｆｅｃｔ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｉｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＣＮＴｓ／ＣＦ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｒｅｃｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ＣＮＴｓ／ＣＦ ｒｅｓｉｎ－ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｅａ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
碳纳米管及碳纤维增强环氧树脂复合材料研究进展_邱军
收稿:2011-04-25;修回:2011-07-18;基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2009AA03Z528);
作者简介:邱军,男,工学博士,教授,博士研究生导师,研究方向为高性能聚合物基复合材料;E-mail:qiujun@.碳纳米管及碳纤维增强环氧树脂复合材料研究进展
邱 军,陈典兵
(同济大学材料科学与工程学院,先进土木工程材料教育部重点实验室,上海 201804)
摘要:碳纳米管与碳纤维具有优异的力学、电学等性能,广泛用做复合材料增强体,但目前碳纳米管/碳纤
维/环氧树脂复合材料的研究具有一定的局限性,只考虑了两相材料间的作用,即仅对单一相进行处理而忽略
了另一相的改性。本文从碳纳米管/碳纤维协同增强环氧树脂基体复合材料的思路入手,结合自己的研究成
果,综述了国内外相关研究进展。从研究结果可以看出,将三相材料之间完全有效地联系起来,发挥三者间的
协同效应,复合材料的性能可以发生质的飞跃。
关键词:碳纳米管;碳纤维;环氧树脂;三相复合材料
引言
日本科学家Iijima[1]在1991年首次发现碳纳米管(CNTs)。碳纳米管具有着优异的力学、电性能和
热性能,抗拉强度达到200GPa,弹性模量可达1TPa,并且具有低密度、高长径比等结构特点,因此成为聚
合物复合材料的理想增强材料。碳纤维(CF)具有十分优异的力学性能,同时耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗
疲劳、低热膨胀系数、导电导性、电磁屏蔽性优良等。碳纤维复合材料同样具有其它复合材料无法比拟的
优良性能,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气等领域[2]。环氧树脂(EP)是一种高性能复合材料基体,
具有优良的机械性能、绝缘性能、耐腐蚀性能、黏接性能和低收缩性能。当前以环氧树脂为基体的高性能
复合材料应用广泛,碳纳米管/环氧树脂复合材料和碳纤维/环氧树脂复合材料凸显了优异的力学和综合
性能,那么如何再进一步提高这两类复合材料的性能呢?本文在简要综述碳纳米管和碳纤维对环氧树脂
关于碳纳米管的研究报告进展综述
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- -教育- 关于碳纳米管的研究进展
1、前言
1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法
中科院苏州纳米所：碳纳米管生物复合材料电驱动性能研究获新进展
基夏 ｌ
韩美科学家制造出 锥形碳纳米结构
世界最小人造纳米泵 可用以制造柔软透明显示装置
科学家揭开了迄今制造的最小人造泵的神秘面纱，这 在过去的几年中，研究人员利用碳纳米管和纳米纤纬
个人造泵只有一个人体红血球大小。韩美联合研究小组利 制造出了一系列透明、可弯曲的设备，如有机发光二极管、 超快速激光脉冲在玻璃棒中造出比人发还细的管道，这 晶体管和太阳能电池等。但是，要利用这些纳米材料开发
些管道的玻璃壁可以导电。科学家通过“打开”和“关闭”这 场致电子发射器仍然是一项挑战。日本和马来西亚研究
件导电性，驱动微型液压泵运转。微型液压泵可以用来给单 员的最新研究则表明，制造出小于可见光波长的锥形碳
佃胞注入微量药液，或从可能患病或遭感染的细胞中提取 米结构可克服上述挑战，从而生产出完全透明和柔性的场
羊本。研究人员认为，这些新型玻璃电极在用于未来医学治 致电子发射器。锥形碳纳米结构首次使场致电子发射器扔
宁的微型设备制造方面具有非常大的潜力。（科技日报） 有了透明度和柔性。（科技日报）
新型量子点红外探测器问世 中科院苏州纳米所：碳纳米管
美国伦斯勒理工学院的研究人员开发出了一种基于纳 生物复合材料电驱动性能研究获新进展
长技术的新型量子点红外探测器（ＱＤＩＰ）。这种以金为主要 最近，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所陈韦
才料的新型元件可大幅提高现有红外设备的成像素质，将 研究员课题组在碳纳米管和生物聚合物分子的复合捌
勾下一代高清卫星相机和夜视设备的研发提供可能。由美 料的可控电驱动性能研究上取得新进展。该课题组助理
空军科研局资助的这一项目，通过在传统量子点红外探 研究员胡颖在导师陈韦研究员指导下，采用简单的溶液
则器元件上增加金纳米薄膜和小孔结构的方式，可将现有 超声混合、蒸发成膜的方法，制备了碳纳米管／壳聚糖
量子点红外探测器的灵敏度提高２倍。（纳米快报） （ｃｈｉｔｏｓａｎ）复合物薄膜，其中高导电的碳纳米管在不导电
苏州纳米所碳纳米管生物复合材料’电驱动性能研究获新进展
３８ 工程塑料应用 ２０１０年，第３８卷，第６期
材准备２ ｈ、翼柄准备和定位１ ｈ、手工铺层２．５ ｈ、固
化１０ ｈ、脱模１ ｈ、机加修型０．５ ｈ、其余１ ｈ，总计一
发弹翼的生产周期为１８ ｈ。除去固化时间１０ ｈ，缠
绕工艺生产周期为４７ ｈ，而手糊／模压工艺周期为８
ｈ，周期大大缩短。
采用该方案制得两发试验件在规定的均布载荷
下扰度分别为１８０、１５４．３ ｍｍ。
４结论
（１）综合比较复合材料弹翼缠绕／模压成型工
艺方案和手糊／模压成型工艺方案，在满足性能要求
的情况下，手糊／模压工艺方案与缠绕工艺方案相
比，前者具有工序少、过程简单、金属翼柄粘接、复合
材料翼片固化成型一次固化、原材料浪费少、周期短
和质量易控制的优点。 （２）采用该方案制得两发试验件在规定的均布
载荷下、挠度分别为１８０、１５４．３ ｍｉｌｌ，满足小于２００
／／Ｉ１ＴＩ的要求。因此，手糊／模压工艺方案适合于ｘ型
号滑翔增程弹ＥＰ／ＣＦ复合材料弹翼的批量生产。
参考文献 ［１］赵亮，陈红光．整体成型复合材料弹翼研制［Ｊ］．航天工艺， １９９９（６）：１６—２１． ［２］ 张兴益．碳／环氧复合材料弹翼静力试验与分析［Ｊ］．飞航导 弹，１９９４（３）：５８—６０． ［３］ 李河清，陶华，赵景丽，等．复合材料机翼环肋结构件的研制 ［Ｊ］．工程塑料应用，２００５，３３（４）：３５—３６． ［４］ 王汝敏，郑水蓉，郑亚萍．聚合物基复合材料及工艺［Ｍ］．北 京：科学出版社，２００６：９８—９９． ［５］ 益小苏，杜善义，张立同，等．中国材料工程大典，第１Ｏ卷，复 合材料工程［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００６：７９０．
ＤＩＳＣＵＳＳ ｏＮ ＴＨＥ ＰＲｏＣＥＳＳＩＮＧ ＴＥＣＨＮＩＣ ｏＦ ＴＨＥ Ｘ ＴＹＰＥ ＧＬⅡ）ＩＮＧ
ＲＡＮＧＥ．ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＭＩＳＳＩＬＥ ＥＰ／ＣＦ ＣｏＭＰｏＳｌＴＥ ＷＩＮＧＳ
碳纳米管增强铝基复合材料研究进展
第３６卷第６期 ２０１３年 １１月 兵器材料科学与工程
ＯＲＤＮＡＮＣＥ ＭＡＴＥＲＩＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥｍＮＧ Ｖ０１．３６ Ｎｏ．６ ＮＯＶ．，２０１３
网络出版时间：２０１３／１１／５ ９：２０：０９ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３３．１３３１．ＴＪ．２０１３１１０５．０９２０．００１．ｈｔｍｌ
碳纳米管增强铝基复合材料研究进展
王筱峻’’ ，杨锐 ，吴昊 。，陈名海 ，李清文
（１．合肥工业大学材料科学与工程学院，安徽合肥２３０００９；
２．中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，江苏苏州２１５１２３）
摘要概括碳纳米管增强铝基复合材料的分散技术和制备方法，详细介绍粉末冶金法的工艺过程，总结了碳纳米管的添
加对复合材料的力学、电学、热学和摩擦磨损性能影响的研究进展，并对其规模化制备与应用进行展望，揭示出碳纳米管，
铝复合材料的良好应用前景及当前存在的问题。
关键词铝基复合材料；碳纳米管；制备方法；应用前景 中图分类号ＴＢ３３１ 文献标志码Ａ 文章编号１００４—２４４Ｘ（２０１３）０６—０１２７—０７
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ａｈ］ｍｉｎｕｍ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＷＡＮＧ Ｘｉａｏｊｕｎ１，２ ＹＡＮＧ Ｒｕｉ１，２ ＷＵ Ｈａｏ１，２ ９ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇｈａｉ＇，ＬＩ Ｑｉｎｇｗｅｎ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３０００９，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｓｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＮａｎｏ—ｔｅｃｈ ａｎｄ Ｎａｎｏ—ｂｉｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｕｚｈｏｕ ２１５１２３，Ｃｈｉｎａ）
碳纳米管水泥基复合材料研究进展
王宝民等：碳纳米管水泥基复合材料研究进展
碳纳米管水泥基复合材料研究进展
王宝民，宋凯
（大连理工大学建设工程学部。辽宁大连１１６０２４）
【摘要】碳纳米管是近几年国际新材料领域的研究前沿和热点，作者结合自己的研究详细综述了碳纳米 管水泥基复合材料的国内外研究进展，分析了当前研究中存在的问题、碳纳米管水泥基复合材料的发展趋势及应
用前景，并就今后研究的方向给出了建议。 【关键词】碳纳米管；多壁碳纳米管；水泥基复合材料 【中图分类号】ＴＵ５９９ 【文献标识码】 Ａ 【文章编号】 １００１—６８６４（２０１１）０５—０００１—０４
ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＰＲｏＧＲＥＳＳ ｏＦ ＣＡＲＢｏＮ ＮＡＮｏＴＵＢＥＳ ＣＥＭＥＮＴ・ＢＡＳＥＤ
ＣｏＭＰｏＳＩＴＥ ＭＡＴＥＲ ＬＳ
ＷＡＮＧ Ｂａｏ—ｍｉｎ．
（Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖ． ＳＯＮＧ Ｋａｉ
ｏｆ Ｔｅｃｈ．，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｄａｈａｎ １ １６０２４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ａｎｄ ｈｏｔｓｐｏｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｎｅｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｒｅ—
ｃｅｎｔ ｓｅｖｅｒａｌ ｙｅａｒｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄ ｔｏｍ—
ｐｏｓｉｔｅｓ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｓ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｅｎｄ—
ｅｎｃｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｃｅｍｅｎｔ—ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ
聚碳酸酯／碳纳米管纳米复合材料的研究进展
综述 合成树脂及塑料，２００７，２４（１）：８２ ＣＨＩＮＡ ＳＹＮＴＨＥ 兀Ｃ ＲＥＳＩＮ ＡＮＤ ＰＬＡＳ兀ＣＳ
聚碳酸酯／碳纳米管纳米复合材料 的研究进展
洪浩群１，２ 贾德民 何 慧 华 贲ｚ （１．华南理工大学材料学院，广东广州，５１０６４０；２．华南理工大学化工与能源学院，广东广州，５１ｏ６４ｏ） 摘要：综述了聚碳酸酯（Ｐｑ，碳纳米管（ＣＮａ３纳米复合材料研究的最新进展。介绍了２种不同ＣＮＴ的物理特 性和ＰＣ／ＣＮＴ纳米复合材料的制备方法以及ＣＮＴ对ＰＣ／ＣＮＴ纳米复合材料的力学性能、流变性能、电性能和结晶性 能的影响。ＰＣ／ＣＮＴ纳米复合材料是近年来ＣＮＴ研究的新热点。 关键词： 聚碳酸酯 碳纳米管 纳米复合材料 中图分类号：ＴＱ ３２３．４ ｌ 文献标识码：Ａ 文章编号： １００２－１３９６（２００７）０１—００８２—０５
聚碳酸酯ｆＰＣ）是一种性能优良的热塑性工程 塑料．具有良好的电绝缘性能、较宽的使用温度、 良好的尺寸稳定性以及优异的抗冲击性能。但ＰＣ 存在熔体黏度大、加工流动性差、成型困难、容易 产生应力开裂、耐溶剂性差和易降解等缺点，其性 能有待进一步改进。填充改性是提高ＰＣ力学性 能及其热稳定性的重要手段，其中ＰＣ／碳纳米管 ｆＣＮＴ）纳米复合材料是近几年来兴起的ＰＣ填充改 性领域的一个新热点【 。 ＣＮＴ是富勒烯的同素异形体，具有管径小、长 径比大的特点，是典型的一维纳米材料［２１。按石墨 层数的不同，ＣＮＴ可分为单壁碳纳米管（ＳＷＮＴ）和 多壁碳纳米管（ＭＷＮＴ）。它具有优良的力学性能、 电磁性能、热性能、光性能，可用于制备储氢材料、 电极材料、导电材料、隐身材料以及高级复合材料 等新型材料［６－８１。采用ＣＮＴ填充ＰＣ能有效提高ＰＣ 的耐疲劳性能、改善ＰＣ的加工流动性能，增强其 导电能力，从而扩大ＰＣ在工程领域和新型功能 材料方面的应用。
１ ＰＣ，ＣＮＴ纳米复合材料的制备 ＰＣ是热塑性塑料。能在熔融混合过程中分散 ＣＮＴ．并且具有一定极性，与改性ＣＮＴ有一定的 相容性。因此，ＰＣ／ＣＮＴ纳米复合材料的制备可以 采用简单的工艺实现，目前主要采用熔融混合法 和溶液混合法。但ＣＮＴ化学活性低，容易团聚，制 备ＰＣ／ＣＮＴ纳米复合材料时需要对ＣＮＴ提纯和改 性，赋予ＣＮＴ一定的活性并提高其在ＰＣ中的分 散能力，如采用超声波、机械搅拌增强ＣＮＴ的分 散能力［９１。 １．１ ＣＮＴ的改性 ＣＮＴ的表面改性可以分为共价功能法【－Ｏｌ和非 共价功能法…１。Ｃｈｅｎ Ｊｉａｎ等 采用共价功能法对 ＳＷＮＴ的表面处理。利用强酸氧化ＳＷＮＴ．在其表 面引入羧基，利用氯化亚砜将羧基转化为酰氯． 通过羧基和氨基的反应在ＳＷＮＴ的端头引入十八 烷基胺和对十四烷基苯胺．这些处理过的ＳＷＮＴ 可溶于氯仿、二氯甲烷及芳香族溶剂等多种有机 溶剂。 Ｒａｍａｓｕｂｒａｍａｎｉａｍ等【ｌｌ１采用非共价功能法对 ＳＷＮＴ表面改性得到溶解性ＳＷＮＴ．将溶解性 ＳＷＮＴ和聚苯乙炔（ＰＰＥ）在强力摇动下或超声波 作用下共同溶于氯仿中使ＰＰＥ改性ＳＷＮＴ ［ｍ（ＳＷＮＴ）／ｍ（ＰＰＥ）为１．０：０．５】，ＰＰＥ和ＳＷＮＴ通过 竹一竹共振增强相互作用［１３１，将ＳＷＮＴ溶液加入ＰＣ 或聚苯乙烯的氯仿溶液中得到分散均匀的溶液， 将溶液滴洒在带有１００ ｎｍ热氧化物层的硅圆片 上于８０～９０ ｑｃ下挥发成膜。
碳纳米管的研究进展及应用
碳纳米管的研究进展及应用
一 引言
1.1 纳米材料
纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。
广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料[1]。当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
纳米材料具有四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。
1.2 碳纳米管
碳是自然界分布非常普遍的一种元素。碳元素的最大的特点之一就是存在多种同素异形体，形成许许多多的结构和性质完全不同的屋子。长期以来，人们一直以为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。直到1985年，英国科学家Kroto和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60[2]，从此开启了人类认识碳的新阶段。
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）发现了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。，最初称之为“Graphite tubular”。
1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。碳纳米管（CNT）[3]又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。根据形成条件的不同，碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米管(SWNTs) 两种形式。 MWNTs一般由几层到几十层石墨片同轴卷绕构成，层间间距为0.34nm左右，其典型的直径和长度分为 2-30nm0.1-50μm。SWNTs由单层石墨片同轴卷绕构成，其侧面由碳原子六边形排列组成，两端由碳原子的五边形封顶。管径一般从10-20nm，长度一般可达数十微米，甚至长达20cm。