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1、第4期48纤维复合材料No.42003年12月FIBERCOMPOSITESDec.,2003综述纳米碳纤维及其应用赵稼祥(航天材料及工艺研究所,100076)摘要介绍世界纳米碳纤维的现状与发展,包括纳米碳纤维的制备、性能、与应用。讨论纳米碳纤维的市场和发展前景。关键词碳纤维,纳米,应用CarbonNanofiberandIt’sApplicationsZhaoJiaxiang(AerospaceResearchInstituteofMaterialsandProcessingTechnology,100076)ABSTRACTInthispaperthepresentsta
2、tusanddevelopmentofcarbonnanofiberintheworldwerebrieflyintroduced,includingmanufacturingofcarbonnanofiber,propertiesandapplicationofcarbonnanofiber.Themarketandperspectiveofdevelopmentwerealsodiscussed.KEYWORDScarbon,carbonnanofiber,application,market1前言纳米碳纤维的直径在50～200nm之间,但目前不少研究工作者把直径在100
3、nm以下的中空纤维称2002年10～11月在美国北卡罗来纳州首府洛之为纳米碳管,亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳利(Raleigh,NC)参加了2002年世界碳纤维会(Global管和气相生长碳纤维之间。与纳米碳管相比纳米碳OutlookforCarbonFiber2002),会后参观、访问了北纤维的制备更易于实现工业化生产。卡罗来纳大学国家纺织实验室(StateTextileLaborato2ry,NorthCarolinaStateUniversity)和土木工程系,阿表1纳米碳纤维的性能拉巴马大学材料工程系(DepartmentofMaterialsEngi2性能热处理前
4、热处理后neering,UniversityofAlabama),乔治亚理工大学复合抗拉强度(GPa)2.77.0材料教育研究中心(CompositeEducationandResearch抗拉模量(GPa)400600Center,GeorgeUniversityofTechnology)、材料科学与断裂应变(%)1.50.53)1.82.1工程系和机械工程系等,与有关教授、专家和学者,密度(g/cm电阻率(Ωμ-cm)100055讨论、交换对碳纤维、复合材料与先进材料技术现[1]热导率(W/m-K)201950状、应用与发展的看法,有很大收获。本文简要介绍纳米碳纤维的定义
5、、制备技术、性能、应用、生产与市场及其发展前景。2制备纳米碳纤维(CarbonNanofibers简称CNF)是化学气象生长碳纤维的一种形式,是由通过裂解气相制备纳米碳纤维的三种主要方法以及特性是:碳氢化合物制备的非连续石墨纤维。从物理尺寸、(1)基体法在陶瓷或石墨基体上散布纳米催性能和生产成本来看它是构成以碳黑、富勒烯、单壁化剂颗粒,高温下通入烃类气体,热解后析出纳米碳[2]和多壁纳米碳管为一端,以连续碳纤维为另一端链纤维。基体法可制备出高纯纳米碳纤维,但纳米节中的一环。级催化剂颗粒制备困难,一般颗粒直径较大,较难制©1994-2010ChinaAcademicJourna
6、lElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net4期赵稼祥:纳米碳纤维及其应用49备细直径的纳米碳纤维,而且难以实现工业化连续其与树脂基体的物理与化学连接。经表面处理的纳生产。米碳纤维可提高纯树脂的强度和模量性能4～6倍。(2)喷淋法将催化剂混入苯等有机溶剂,然后作为结构复合材料增强剂的现实应用是改性基体材[3]喷淋到高温反应室中,制备出纳米碳纤维。喷淋法料,少量的纳米碳纤维加入到环氧树脂,可极大改进可实现催化剂连续喷入,为工业化连续生产提供了PAN基或沥青基碳纤维复合材料的层间剪切强度;可能,但
7、喷淋过程中催化剂颗粒分布不均匀,且很少加入到玻璃纤维复合材料可以改进导热性能、导电达到纳米级,因此该法生产的纳米碳纤维比例很小,性能、热膨胀系数以及力学性能。表2为用Pyrograf且存在一定的碳黑。-Ⅲ纳米碳纤维增强热塑性聚脂复合材料的性能(3)气相流动催化法加热催化剂前驱体,并以表。可见17%PR-1纳米碳纤维增强热塑性聚脂的气体形态同烃类气体一起引入反应室,分解的催化抗拉强度达到51.5MPa、抗拉模量达到4.55GPa、电剂聚集成纳米级颗粒,热解生成的碳在纳米级催化阻率则为3.2ohm-cm;5
