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1、第卷第期中国塑料年月碳纳米管表面改性及其在聚合物中的应用’,,‘,宋长文颜红侠“李朋博雷平森西北工业大学理学院应用化学系,陕西西安西仪集团有限责任公司,陕西西安,,、、、,摘要碳纳米管作为一种纳米材料具有独特的结构和性能使其表现出特殊的力学物理化学电学性能以碳纳米管作增强体的聚合物复合材料具有广阔的应用前景,已成为近几年聚合物纳米复合材料研究的热点。但由于碳“”,,需对其表面进行改性。本文简要介绍,纳米管表面相对惰性很难在聚合物中分散了碳纳米管的结构与性能综述,、、,了碳纳米管的表面改性方法包括表面化学反应改性表面活性剂改性聚合物包覆改性等并介绍了碳纳米管在改善聚合物力
2、学性能、热性能、电学性能和摩擦性能等方面的应用进展,最后指出了其今后的研究方向。关键词碳纳米管表面改性聚合物应用中一一一图分类号文献标识码文章编号一,场一关,一,一」关,,,,’,为肠,‘,,,馆,卯,犯卯,,,,,印伪,卯尹碳纳米管自年日本科学家’〕。,前景近年来的研究主要集中在表面改性以及发现,。以来其独特的结构和物理化学性质受到人们的复合材料方面本文在介绍了的结构与,,广泛关注成为近十几年纳米材料科学中研究的热点性能的基础上综述了的表面改性方法及其在。,。之一不仅具有一般纳米粒子的量子效应而且聚合物中的应用还具有比表面积大、机械强度高、电导率高、耐热性好等特点,使
3、其表现出特殊的力学、物理、化学性能,在电的结构与性能子、通信、化工、航空、航天等领域具有广泛的应用的结构卜、是一种主要由碳六边形组成的单层或多层一一收稿日期石墨片卷曲而成的无缝纳米管壳层结构,其相邻间距陕西省自然科学基金项目资助与,石墨的间距相当且一原子之间通过杂化构‘联系人。、,成共价键的结构常用手性矢量表示是年月中国塑料石墨层上连接两个结晶学等同点的周矢量,可表示、的弹性模量平均为,弯曲强度为为〕。,能通过体积变化来呈现其弹性故能承受大,、二,,二于的张力应变而不会呈现脆性行为塑性变形或键断裂,因此在复合材料中应用时,能利用来式中周矢量,“。,—极大地吸收能量增加韧
4、性〔〕的结构对其力学石墨层晶胞矢量,、、,,,,—性能有很大的影响结构规则的具有更好的力整数—,。的直径可用式表示学性能而结构的无序对其力学性能有较大的影响·,,,,。,‘龙摩擦性能众具有很好的耐磨性,特别是其表面经过氟化卜卜。”式中’’的直径,改性后具有极低的摩擦因数一〕当用,—的直径为零点几个纳米,于聚合物复合材料时不仅可以提高热塑性树脂超高至几十个纳米不等‘“」,,相对分子质量聚乙烯〔〕和聚四氟乙烯的摩长度为几十纳米至微米级也有超长长度可达,‘。,擦磨损性能而且可以提高热固性环氧树脂〔〕的摩擦根据构成管壁碳原子层数的不同可分为单。。壁碳纳米管葱和多壁碳纳米管一磨损
5、性能般丙的直径在一之间,是理想的分子纤,,的表面改性维休的直径也不超过长度可达微米甚至,是毫米级,有很大的长径比,因此是准一维的纳米线。除了具有一般纳米粒子的尺寸效应外还具、、,,特别是,构成它的碳原子基本上都有力学强度大柔韧性好电导率高等独特的性质成,、、、,。,为聚合物复合材料理想的增强体在化工机械电子处在表面位置具有很大的比表面积理论计算表明、。,的比表面积在一巧奄的较大范围内变航空航天等领域具有广泛的应用然而由于,,。,化由,测定的比表面积为一时馆易聚集成束或缠绕且与其他纳米粒子相比其表面是“”,,此值比石墨大但比多孔活性碳小的比表面积相对惰性的在常见的有机溶剂
6、中的分散度低极大。。地制约了其应用性能的研究对的表面进行改值要比大一个数量级由于是一维。,中,,,性已成为聚合物浅二复合材料的研究热点目前空的纳米管故其密度相当低仅为但其六角形管束的理论密度可达一耐国内外对的表面改性研究趋势是在其表面引人。,的密度随其结构在一之间变化一共价键和非共价键基团或者采用聚合物分子链对’。的性进行包覆〔〕本文主要介绍了表面化学反应改能、、。,性表面活性剂改性聚合物包覆改性等方法可看成是片状石墨卷成的圆筒因此必然具有石墨优良的本征特性,如耐热、耐腐蚀、耐热冲击、传表面化学反应改性热和导电性好、有自润滑性和生物体相容性等一系列表面化学反应改性是指在
7、表面引人一些适,,综合性能。但的尺度、结构、拓扑学因素和碳原宜的基团使其在表面发生化学反应通过这种、,、子相结合又赋予了极为独特而有广阔应用前景方法可以改善的溶解度提高分散度在表面和。。聚合物之间产生化学键等〔‘〕采用水热处理的性能方法来酸化,透射电镜和扫描力显微镜电性能,,的碳原子之间是杂化每个碳原子有一测试表明成束被拆开使处于低,,二,、聚集状态并在、的表面引入了官能化基团如个未成对电子位于垂直于层片的轨道上因此、,。。,’具有优良的导电性能根据卷曲情况的不同的等为后续修饰提供了条件等对,,,电学特性可表现为金属型或半导体型导电性能优
