碳納米管復(fù)合材料的制備.pdf

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1、碳納米管-聚合物復(fù)合材料的研究TheStudyofCarbonNanotube-PoIymerComposites摘要：碳納米管優(yōu)異的力學(xué)性能使其成為優(yōu)選的復(fù)合材料增強(qiáng)體。木文綜述了碳納米管-聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展，簡要介紹了碳納米管-聚合物復(fù)合材料的制備方法以及碳納米管-聚合物復(fù)合材料在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等方面取得的進(jìn)展。并詳細(xì)討論了碳納米管與聚合物的相互作用機(jī)理。最后展望了碳納米管-聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：碳納米管；復(fù)合材料；制備Abstract:Theexcellentmechanicalpropertiesofcarbonnanotubesm

2、akeittobethepreferredreinforcementofcompositematerials?Theadvancesinresearchoncarbonnanotube-polymercompositesarereviewed?Thepreparationmethodsofcarbonnanotube-polymercompositesandtheadvancesofstudiesonthemechanical,electrical,thermalpropertiesareintroduced.Theinteractionmechanismof

3、carbonnanotubesandpolymersisdiscussedindetail.Finally,theapplicationprospectofcarbonnanotube-polymercompositesisenvisaged.Keywords:carbonnanotubes:composites:preparation1991年，日本NEC公司的用高分辨透射電鏡分析電弧放電產(chǎn)生的陰極沉積物時(shí)，發(fā)現(xiàn)了具有納米尺寸的多層管狀物，被稱為碳納米管(CNTs)oCNTs是一種新型的碳結(jié)構(gòu)，可以形象地認(rèn)為由碳六邊形的石墨片按一定的螺旋度卷曲成的無縫納米級(jí)

4、管狀結(jié)構(gòu)，它的長度為幾微米，而它的直徑從2mn到25nm不等。根據(jù)組成的石墨片層數(shù)的不同，碳納米管可分為單壁碳納米管(SWNT)和多壁碳納米管(MWNT)o兩種形態(tài)的碳納米管都顯示出卓越的機(jī)械性能和力學(xué)性質(zhì)，碳納米管的彈性模量超過110TPA,與金剛石的彈性模量相等，約為鋼的5倍，它的理論拉伸強(qiáng)度為鋼的100倍，而它的密度只有鋼的1/6,其彈性應(yīng)變約為5%,最高可達(dá)12%,約為鋼的60倍，同時(shí)它的理論拉伸強(qiáng)度為鋼的100倍。根據(jù)碳納米管螺旋性及直徑的不同，碳納米管可以表現(xiàn)出金屬性和半導(dǎo)體性。另外，碳納米管具有很高的熱導(dǎo)率(>60000Wkn?k)[21o文獻(xiàn)報(bào)

5、道的碳納米管■聚合物復(fù)合材料，依據(jù)主客體的不同可分為兩類：第一類是以聚合物為主體，碳納米管作為填充材料，主要是針對(duì)導(dǎo)電聚合材料，目的是為了改善導(dǎo)電聚合物的力學(xué)和導(dǎo)電等性質(zhì)。導(dǎo)電聚合材料具有質(zhì)輕、導(dǎo)電性能好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是一類有很大發(fā)展前途的導(dǎo)電材料。到目前為止，雖對(duì)導(dǎo)電聚合材料研究已逾二十載，但其離大規(guī)模的應(yīng)用還存在很大的差距主要存在機(jī)械性能差、耐熱性和導(dǎo)電性不理想等，不能滿足現(xiàn)實(shí)的需求。通常采用改善其性能的方法是填充炭黑、碳纖維、玻璃纖維和金屬纖維等，其中以填充炭黑的導(dǎo)電聚合物材料最為普遍，但其缺點(diǎn)是前后處理比較繁雜、易團(tuán)聚和機(jī)械性能差等,這就為新型導(dǎo)電炭

6、黑的研制開發(fā)提出了新的要求⑶。碳納米管獨(dú)特的力學(xué)和電學(xué)性質(zhì)可以彌補(bǔ)炭黑的不足，尤其是碳納米管大規(guī)模牛產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)使其成為聚合物填充材料的首選，為未來復(fù)合材料的發(fā)展和廣泛應(yīng)用開辟了更為廣闊的空間。一?系列碳納米管■聚合物的復(fù)合材料隨之應(yīng)運(yùn)而生，與之相關(guān)的報(bào)道很多。另一類是以碳納米管為主體，把聚合物修飾在碳納米管壁上⑷，以增加碳納米管的溶解度，使碳納米管的光電性質(zhì)的應(yīng)用和作為化學(xué)試劑在溶液中進(jìn)行化學(xué)操縱得以實(shí)現(xiàn)。雖然碳納米管在可見到紅外光范圍內(nèi)具有非線性光學(xué)性質(zhì)，但是它在很多溶液屮的溶解度很低，且不能穩(wěn)定存在，從而使其應(yīng)用受到限制。眾所周知，許多化學(xué)反應(yīng)是在液相中進(jìn)行

7、的，如果能夠改善碳納米管的溶解度，使碳納米管可以參與液相化學(xué)反應(yīng)，那么碳納米管就能在色譜、電泳和生物化學(xué)等方而得到廣泛的應(yīng)用。聚合物具有易合成，易溶于大多數(shù)溶劑等特點(diǎn)，因此，在碳納米管表面修飾一層聚合物不僅簡單可行，而且可以增加碳納米管的溶解度，進(jìn)一步擴(kuò)大了碳納米管的用途⑸。本文對(duì)兩類碳納米管?聚合物復(fù)合材料的制備、性質(zhì)進(jìn)行綜述，側(cè)重討論碳納米管與聚合物相互作用機(jī)理，并展望兩類復(fù)合材料的應(yīng)用前景。碳納米管?聚合物復(fù)合材料的制備方法口前，碳納米管■聚合物復(fù)合材料的制備方法主要有3種：液相共混、固相共融和原位復(fù)合方法，其中以共混法使用的較為普遍。隨著研究工作的進(jìn)一

8、步開展，碳納米管?聚合物復(fù)合材料的制備