碳纳米管增强金属基复合材料

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1、http://www.hxtb.org化学通报2006年第69卷w030碳纳米管增强金属基复合材料12*2*刘天贵陈传盛陈小华12(湖南大学应用物理系材料科学与工程学院长沙410082)摘要碳纳米管具有独特的管状结构和优异的力学、电学、热学等性能，是制备金属基复合材料的理想增强体之一。本文介绍了国内外有关碳纳米管作为增强相在金属基复合材料中的研究，同时分析了碳纳米管作为增强相的优势以及在金属基复合材料中存在的问题。另外，从纳米复合材料的设计原理出发讨论了提高碳纳米管金属基复合材料性能的方法。分析结果表明，为了提高碳纳米管的增强效果，改善碳纳米管在金属基体中的分散，金属基体、制

2、备工艺和制备方法的合适选择是很有必要的。而且，碳纳米管与金属基体之间的界面相互作用也是影响碳纳米管复合材料性能的重要因素。关键词碳纳米管金属基复合材料界面CarbonNanotubes-reinforcedMetalsMatrixComposite122LiuTiangui,ChenChuansheng,ChenXiaohua12(DepartmentofappliedphysicsCollegeofMaterialsScienceandEngineering,HunanUniversity,Changsha410082)AbstractBecausecarbonnanotu

3、bes(CNTs)possesspeculiarstructuresandsuperiorproperties,carbonnanotubesareconsideredasoneoftheidealreinforcementsformetalmatrixcomposites.Inthispaper,theprogressesofcarbonnanotubes-metalmatrixcompositesareintroduced,theadvantageofcarbonnanotubesandtheproblemsasenhancedelementarediscussed.In

4、addition,inlightofthedesigntheoryofnano-composite,theideasandmeansimprovethepropertiesofcarbonnanotubes-metalmatrixcompositesarediscussed,too.Inordertoimprovingtheenhancedeffectofcarbonnanotubesincomposite,itisessentialtoimprovethedispersionabilityofcarbonnanotubesincompositeandselectthemet

5、almatrix,preparationtechnicsandpreparationmeans.Moreover,thepropertyofthecompositecanbeaffectedbytheinterfaceinteractionbetweenthecarbonnanotubesandmetalmatrix.KeywordsCarbonnanotube,Metalmatrix,Composite,Interface碳纳米管(CNTs)是一类新型碳材料，是由单层或多层石墨片卷曲而成的中空无缝管状纳米结[1]构。自1991年Iijima发现以来，其制备、表征和应用研究引

6、起人们的极大兴趣。碳纳米管具有管12径小、长径比大的特点，使其具有优异的性能。多壁碳纳米管的平均杨氏模量约为1.8×10Pa，是钢的100倍，弯曲强度可达14.2GPa，所存应变能达100KeV，显示出超强的力学性能，而密度仅为[2][3~5]钢的1/6。Comwell等通过计算发现，碳纳米管在受力时，可以通过出现五边形和七边形对来释放应力，表现出良好的自润滑性能，这些为碳纳米管自润滑性能的应用展示了美好的前景。据估计，长度大于10nm的单壁碳纳米管，其热系数大于2800W/(m·K)，几乎和金刚石或蓝宝石有同样的导[6][7]热能力，理论预测表明手性矢量为(10，10)的单

7、壁碳纳米管在室温下甚至可达6600W/(m·K)。[8]由于碳纳米管受其几何形状的限制，碳纳米管在垂直于管轴方向的热膨胀几乎为零。碳纳米管的导电性能受到其螺旋角以及直径的影响，可以是金属、半金属或半导体性，因而碳纳米管的传导性[9]可通过改变管中网络结构和直径来改变它的电学性能。此外，碳纳米管还具有优良的光学、场发刘天贵女，32岁，博士生，现从事碳纳米管的表面改性和修饰及其应用研究。*联系人，E-mail:jxccs1934@yahoo.com.cn国家自然科学基金(50372020;59972031)