碳纳米管纳米复合材料的研究现状及问题

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1、碳纳米管纳米复合材料的研究现状及问题材料工程：碳纳米管纳米复合材料的研究现状及问题是由(fanioIijima)[1]首次报道了碳纳米管以来，其独特的原子结构与性能引起了科学工的极大兴趣。按石墨层数的不同碳纳米管可以分为单壁碳纳米管(SMA/MMA/SMA的聚合反应中。采用经表面修饰的碳纳米管制备PMMA/碳纳米管复合材料，不但可以提高碳纳米管在聚合物基体中的分散比例，复合材料的机械力学性能也可得到巨大的提高。2聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状2.1聚合物/碳纳米管结构复合材料碳纳米管因其超乎寻常的强度和刚度而被认为是制

2、备新一代高性能结构复合材料的理想填料。近几年，科研人员针对聚合物/碳纳米管复合材料的机械力学性能展开了多方面的研究，其中，最令人印象深刻的是随着碳纳米管的加入，复合材料的弹性模量、抗张强度及断裂韧性的提高。提高聚合物机械性能的主要问题是它们在聚合物基体内必须有良好的分散和分布，并增加它们与聚合物链的相互作用。通过优化加工条件和碳纳米管的表面化学性质，少许的添加量已经能够使性能获得显著的提升。预计在定向结构(如薄膜和纤维)中的效率最高，足以让其轴向性能发挥到极致。在连续纤维中的添加量，单壁碳纳米管已经达到60%以上，而且测定

3、出的韧度相当突出。另外，只添加了少量多壁或单壁纳米管的工程纤维，其强度呈现出了较大的提升。普通纤维的直径仅有几微米，因此只能用纳米尺度的添加剂来对其进行增强。孙艳妮等[12]将碳纳米管羧化处理后再与高密度聚乙烯(HDPE)复合，采用熔融共混法制备了碳纳米管/高密度聚乙烯复合材料，并对其力学性能进行了研究。结果表明：碳纳米管的加入，提高了复合材料的屈服强度和拉伸模量，但同时却降低了材料的断裂强度和断裂伸长率。Liu等[13]采用熔融混合法制得了MWNT/PA6(尼龙6)复合材料，结果表明，Ts在PA6基体中得到了非常均匀的分

4、散，且Ts和聚合物基体间有非常强的界面粘接作用，加入2WNTs时，PA6的弹性模量和屈服强度分别提高了214%和162%。总之，碳纳米管对复合材料的机械性能的影响，在很大程度上取决于其质量分数、分散状况以及碳纳米管与基质之间的相互作用。其他因素，比如碳纳米管在复合材料中的取向，纤维在片层中的取向，以及官能团对碳纳米管表面改性的不均匀性，也可能有助于改善复合材料的最终机械性能。2.2聚合物/碳纳米管功能复合材料2.2.1导电复合材料聚合物/碳纳米管导电复合材料是静电喷涂、静电消除、磁盘制造及洁净空间等领域的理想材料。GE公司

5、[14]用碳纳米管制备导电复合材料，碳纳米管质量分数为10%的各种工程塑料如聚碳酸酯、聚酰胺和聚苯醚等的导电率均比用炭黑和金属纤维作填料时高，这种导电复合材料既有抗冲击的韧性，又方便操作，在汽车车体上得到广泛应用。LNP公司成功制备了静电消散材料，即在PEEK和PEI中添加碳纳米管，用以生产晶片盒和磁盘驱动元件。它的离子污染比碳纤维材料要低65%～90%。日本三菱化学公司也成功地[1][2]材料工程：碳纳米管纳米复合材料的研究现状及问题是由(fanK[19]，而经分离后的多壁碳纳米管在室温下的导热系数是3000～6600M

6、A提高了将近13倍。2.2.3其它功能复合材料在碳纳米管/聚合物功能复合材料方面最近有南昌大学纳米技术工程研究中心[23]研制的一种多壁碳纳米管/环氧树脂吸波隐身复合材料。通过对多壁碳纳米管进行高温NaOH处理，使碳管在其表面产生较多的孔洞，提高碳纳米管的表面活性；制备的吸波隐身复合材料具有良好的雷达吸波效果和可控吸收频段，这种吸波复合材料的体积电阻率在106~107·cm数量级，具有优良的抗静电能力，这对于调整雷达吸波材料的吸波频段和拓宽吸波频宽有着重要意义。美国克莱姆森大学Rajoriat[24]用多壁碳纳米管对环氧树

7、脂的阻尼性能进行了研究，发现碳纳米管树脂基复合材料比纯环氧树脂的阻尼比增加了大约140%。3制备碳纳米管聚合物复合材料中存在的问题3.1碳纳米管在基体中的分散问题碳纳米管的长径比大，表面能高，容易发生团聚，使它在聚合物中难以均匀分散。如何让碳纳米管在聚合物基体中实现均匀分散是当前需要解决的首要难题。经表面改性的碳纳米管可均匀分散在聚合物基体中，可以利用化学试剂或高能量放电、紫外线照射等方法处理碳纳米管，引入某些特定的官能团。LiuJ等[25]首先采用体积比为3∶1的浓硫酸和浓硝酸对単壁碳纳米管进行氧化处理，得到了端部含羧基

8、的碳纳米管，提高其在多种溶剂中的分散性。ChenQD[26]将碳纳米管用等离子射线处理后引入了多糖链。还可运用机械应力激活碳纳米管表面进行改性，通过粉碎、摩擦、超声等手段实现。3.2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，通过一定的加工例如机械共混剪切可以改善碳纳米管在