介紹了目前制備碳納米管復(fù)合材料的主要方法,綜述了原位復(fù)合法在制備碳納米管復(fù)合材料中的應(yīng)用。通過對現(xiàn)有碳納米管復(fù)合材料原位復(fù)合技術(shù)的工藝方法、工藝特點(diǎn)、材料性能以及目前應(yīng)用現(xiàn)狀等幾方面的討論,展示了該制備方法在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢。

文章闡述了通過溶液混合法制備多壁碳納米管/聚氯乙烯復(fù)合材料,并對其性能進(jìn)行了紅外表征,表明制得的復(fù)合材料具有良好的性能。

為了制備晶粒細(xì)小、組織均勻的復(fù)合材料,提高材料的力學(xué)性能,用攪拌摩擦加工法制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,并對不同碳納米管含量的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、拉伸性能及斷口形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明:碳納米管添加到鋁基體中,攪拌摩擦中心區(qū)晶粒細(xì)小,碳納米管與基體之間結(jié)合良好,未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷;碳納米管對基材有明顯的強(qiáng)化作用,鋁基復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度隨著碳納米管含量的增加而提高;碳納米管體積分?jǐn)?shù)為7%時(shí),抗拉強(qiáng)度達(dá)到201mpa,是基材的2.2倍;復(fù)合材料在宏觀上呈現(xiàn)脆性斷裂特征,微觀上呈現(xiàn)韌性斷裂特征,其斷裂機(jī)制以cnts/al界面脫粘、基體撕裂和增強(qiáng)體斷裂為主。

將酸化處理以后的碳納米管(cnts)與高密度聚乙烯(hdpe)復(fù)合,采用機(jī)械共混法制備了定向cnts/hdpe復(fù)合材料,并對其力學(xué)性能、相態(tài)結(jié)構(gòu)、流變性能及熱性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:cnts的加入,提高了復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和拉伸模量,但同時(shí)卻降低了材料的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率;cnts在hdpe基體中有了較好的分散性和相容性;cnts的加入對復(fù)合材料流變性能產(chǎn)生了較大的影響,加入少量的cnts可以使復(fù)合材料體系的表觀粘度降低,有利于hdpe加工性能的改善;cnts加入后,hdpe的熔融溫度和結(jié)晶熔融焓均有所下降。

碳納米管是一種一材多能和一材多用的功能材料和結(jié)構(gòu)材料,尼龍/碳納米管復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、超強(qiáng)的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)熱性,可望用于汽車、飛行器制造、電子機(jī)械等領(lǐng)域。對尼龍/碳納米管復(fù)合材料的制備方法、主要性能和應(yīng)用進(jìn)行綜述。

采用原子轉(zhuǎn)移自由基(atrp)活性聚合方法在多壁碳納米管(mwnt)表面接枝丙烯酸丁酯聚合物(pba),并以此對聚丙烯(pp)進(jìn)行改性。紅外光譜(ft-ir)及透射電子顯微鏡(tem)測試結(jié)果表明,采用atrp法成功地將pba接枝到多壁碳納米管(mwnt)表面。對pp/mwnt復(fù)合材料電性能研究表明,mwnt-pba的添加比mwnt-cooh更能降低復(fù)合材料的電阻率。mwnt-pba的加入可使pp從絕緣材料轉(zhuǎn)變?yōu)榭轨o電材料。mwnt-pba和mwnt-cooh加入pp都能提高材料的電性能,而mwnt-pba比mwnt-cooh的作用更加明顯。

通過共沉淀法制備了尼龍6(pa6)/碳納米管(cnts)復(fù)合材料,并對復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、分散和界面情況等進(jìn)行了表征。添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%cnts的復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度提高了25%,繼續(xù)加大cnts用量,強(qiáng)度有所降低。sem表明cnts在復(fù)合材料中分散良好。研究了cnts用混合酸修飾對復(fù)合材料性能的影響。raman光譜顯示,在復(fù)合材料中,cnts各特征譜峰向高波數(shù)位移。

在氬氣保護(hù)下,采用碳納米管預(yù)制塊鑄造法制備了碳納米管/az91鎂基復(fù)合材料。觀察和分析了復(fù)合材料的微觀組織,測試了其室溫力學(xué)性能,并利用掃描電子顯微鏡(sem)和能譜分析(sed)對復(fù)合材料拉伸斷口形貌進(jìn)行了觀察和分析。研究結(jié)果表明:該方法能有效地將碳納米管添加到鎂合金熔體中并且均勻分散;隨著碳納米管的加入,復(fù)合材料的晶粒組織得到不斷的細(xì)化,綜合力學(xué)性能得到明顯提高。

基于cds良好的光學(xué)性質(zhì)和單壁碳納米管(swcnt)優(yōu)異的電子學(xué)性質(zhì),制備了納米cds/swcnt復(fù)合材料和納米cds/聚乙烯亞胺(pei)功能化swcnt復(fù)合材料,并利用日光燈光源模擬太陽光研究了它們的光電性質(zhì).結(jié)果表明,納米cds/swcnt復(fù)合材料呈現(xiàn)顯著的負(fù)光電導(dǎo)現(xiàn)象,而納米cds/pei-swcnt復(fù)合材料呈現(xiàn)強(qiáng)烈的正光電導(dǎo)現(xiàn)象.用電子轉(zhuǎn)移理論對這一結(jié)果進(jìn)行了解釋.兩樣品在大角度彎折的情況下,光電性質(zhì)均基本沒有變化.因此,納米cds/碳納米管復(fù)合材料在光電領(lǐng)域,尤其是新興的柔性光電子學(xué)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景.

高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅基材料是一種應(yīng)用廣泛的功能材料,而將碳納米管作為增強(qiáng)相來制備銅基復(fù)合材料可望得到性能優(yōu)良的高強(qiáng)度高導(dǎo)電材料。碳納米管的分散性以及與銅基體的界面結(jié)核性是制備具有優(yōu)良性能材料的關(guān)鍵,介紹了對碳納米管進(jìn)行表面處理的方法并提出采用區(qū)域熔煉法來制備碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的工藝,通過前期實(shí)驗(yàn)證明該工藝可以改善碳納米管與銅基體的結(jié)合性。

以多壁碳納米管為填料,氟碳樹脂為成膜物質(zhì),采用機(jī)械共混法制備了一種具有自清潔性能的耐腐蝕涂料,利用電化學(xué)阻抗譜法測定了碳納米管的臨界濃度,研究了碳納米管的摻量對涂層自清潔性能、物理性能及耐化學(xué)品性能的影響。

引言聚烯烴是國民生活和現(xiàn)代國防不可或缺的基礎(chǔ)原材料,但與abs、pc等工程塑料相比,其剛性不足,低溫脆性也較明顯,因此很難作為結(jié)構(gòu)材料使用。納米技術(shù)的出現(xiàn)為聚烯烴材料性能的提高提供了廣闊的空間[1],其中,納米復(fù)合材料中存在納米尺寸效應(yīng)、超大的比表面積以及很強(qiáng)的界面相互作用,具有比強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞性好等優(yōu)點(diǎn),因此,納米復(fù)合聚乙烯中含少量納米材料便能極大增強(qiáng)材料本身的性能,同時(shí)聚合物中納米材料的低含量也大大減少了無機(jī)載體在聚合物中的灰分,有利于聚合物材料高性能的保持,這引起了研究工作者的廣泛關(guān)注。

碳納米管_聚酰亞胺功能復(fù)合材料的制備與性能研究

采用熔融混煉的方法制備聚丙烯/多壁碳納米管復(fù)合材料(pp/mwnts)。研究了復(fù)合材料的表面電阻率與mwnts含量的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著mwnts含量的不斷增加,復(fù)合材料的電阻率呈不斷下降趨勢,并發(fā)現(xiàn)mwnts含量為3%時(shí)為復(fù)合材料的導(dǎo)電閾值。又通過對試樣作透射電鏡觀察研究,從微觀角度分析了復(fù)合材料電性能變化的原因。

碳納米管(cnts)由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu),較高的長徑比,較大的比表面積,且具有超強(qiáng)的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)熱性,已經(jīng)證明是塑料的非常優(yōu)異的導(dǎo)電填料,聚合物基碳納米管復(fù)合材料可望應(yīng)用于材料領(lǐng)域的多個(gè)方面,尤其在汽車、飛機(jī)及其它飛行器的制造等軍事和商業(yè)應(yīng)用上帶來革命性的突破。本文介紹了碳納米管的結(jié)構(gòu)形態(tài)和碳納米管的制備、純化、修飾方法及聚合物基碳納米管復(fù)合材料的制備、性能,并綜述了近幾年來尼龍/碳納米管復(fù)合材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景。

研究生課程考核試卷 （適用于課程論文、提交報(bào)告） 科目：納米材料與技術(shù)教師： 姓名：學(xué)號： 專業(yè)：類別：學(xué)術(shù) 上課時(shí)間：2014年9月至2014年12月 考生成績： 卷面成績平時(shí)成績課程綜合成績 閱卷評語： 閱卷教師(簽名) 重慶大學(xué)研究生院 碳納米管陶瓷基復(fù)合材料 學(xué)生： 學(xué)號： 專業(yè)： 重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 二o一四年十二月 i 摘要 碳納米管作為一種新型炭材料，由一層或者多層石墨片按照一定螺旋角卷曲 而成六邊形無縫結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和物理化 學(xué)性能，在各個(gè)領(lǐng)域顯示出誘人的潛在應(yīng)用價(jià)值和前景，引起了科學(xué)界廣泛的研 究。碳納米管因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有許多獨(dú)特的性能，除了在半導(dǎo)體器件、儲氫、 傳感器、吸附材料、電池電極、催化劑載體等領(lǐng)域具有非常廣闊和誘人的應(yīng)用前 景外,碳納米管在制備結(jié)構(gòu)、功能以及結(jié)構(gòu)/功能一體化復(fù)

采用原子轉(zhuǎn)移自由基(atrp)活性聚合方法在多壁碳納米管(mwnt)表面接枝丙烯酸丁酯聚合物(pba),并以此對聚丙烯(pp)進(jìn)行改性。紅外光譜(ft-ir)及透射電子顯微鏡(tem)測試結(jié)果表明,采用atrp法成功地將pba接枝到多壁碳納米管(mwnt)表面。采用熔融共混法制備了pp/mwnt復(fù)合材料,對其力學(xué)性能和耐熱性能進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,接枝聚合物的碳納米管提高了復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度,提高了pp的耐熱性。mwnt-pba和mwnt-cooh加入pp都能提高材料的性能,而mwnt-pba比mwnt-cooh的作用更加明顯。

日本大阪大學(xué)與北海道大學(xué)共同研制成功碳納米管（cnt）均勻分散的純海棉鈦復(fù)合材料，在該材料中添加了0．35％（質(zhì)量）的cnt，從而制得了抗拉強(qiáng)度高達(dá)930mpa的復(fù)合材料。首先將cnt置入含有界面活性劑的水溶液中，采取超聲波振動攪拌并使cnt分散。海棉鈦粉經(jīng)過這種水溶液浸漬后取出，經(jīng)熱處理除去水分和界面活性劑后制成燒結(jié)體并擠壓成材。

用聚四氟乙烯對碳納米管(cnts)進(jìn)行氟化改性,制備了氟化碳納米管(f-cnts),并采用超聲分散法和模具澆注法制備了環(huán)氧樹脂(ep)/f-cnts復(fù)合材料。采用紅外光譜、x射線衍射對f-cnts進(jìn)行了表征,并利用透射電子顯微鏡觀察了f-cnts在丙酮中的分散情況。研究了不同含量的f-cnts對ep/f-cnts復(fù)合材料的沖擊性能、彎曲性能的影響。結(jié)果表明,在cnts表面生成了c—f鍵,成功地制備了f-cnts,使cnts之間的纏結(jié)團(tuán)聚現(xiàn)象得到明顯改善,提高了cnts在有機(jī)溶劑中的分散性;當(dāng)f-cnts含量為1.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)時(shí),材料的沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度最高,分別為25.90kj/m2、128.3mpa。

將檸檬酸還原法和nabh4還原法制備得不同粒徑的au納米粒子采用浸泡和呼吸兩種方法引入到納米管管壁中，制備出了具有熱敏性質(zhì)的pnipam納米管和au納米粒子的復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用單純的浸泡法時(shí)，納米管對au納米粒子的吸附在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡。在相同的吸附時(shí)間內(nèi)采用呼吸法，納米管對小粒徑的au粒子的吸附量更多一些，而對大粒徑的au粒子的吸附量并沒有明顯增加。說明呼吸作用對吸附粒子的粒徑具有一定的選擇性。這為制備納米粒子／聚合物納米管復(fù)合材料提供了一條方便可行的途徑。

通過水熱合成方法制備了釩酸鉍(bivo_4)和多壁碳納米管/釩酸鉍(mwcnts/bivo_4)復(fù)合材料,用xrd、sem-edx、drs等技術(shù)對所制備的材料進(jìn)行了表征。研究了在可見光照射下材料降解亞甲基藍(lán)溶液(mb)的光催化性能。當(dāng)摻雜mwcnts后,增強(qiáng)了樣品對可見光的吸收能力,減小了催化劑的帶隙寬度,有利于提高bivo4復(fù)合材料在可見光下的光催化活性。在可見光照射下降解亞甲基藍(lán)溶液的光催化實(shí)驗(yàn)表明,質(zhì)量含量為10%mwcnts/bivo_4樣品的光催化活性最高,可見光照射3h對亞甲基藍(lán)溶液的降解率達(dá)91.8%,與純bivo_4相比,其光降解率約提高了近1倍。

日本學(xué)者滝澤秀一等人研究了在鈦合金中添加碳納米管（cnt）的制造技術(shù)。通過在代表性的鈦合金ti-6al-4v及sp700（ti-4．5al-3v-2mo-2fe）中均一微細(xì)分散地添加碳納米管（添加量〈1％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）及其相應(yīng)的后續(xù)制造技術(shù)，使合金的強(qiáng)度、延性、剛性大幅度改善。