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1、6橡胶参考资料2010年碳纳米管纳米复合材料研究的最新进展朱永康(中橡集团炭黑工业研究设计院,四川自贡643000)编译碳纳米管(CNT)是由碳(石墨层)构成的一早期形式的碳纳米管是上世纪80年代初,由种管状材料,其直径以纳米尺度(相当于1米的十工业研究化学家HowardTennent博士首次合成亿分之一,或人头发粗细的万分之一)来量度。石的,他研发出了利用烃原料通过催化培育出纳米墨层看上去颇象卷起来的薄片,连续的完整六边管的技术。由于当时没有高分辨率的分析仪器和形网格,碳分子处于六边形的顶点(见图1a和图观测仪器,致使人们无法对这种新颖的碳形式
2、的1b)。依照其长度、粗细、螺旋性及层数的不同,潜力做出合乎实际的估量。碳纳米管非同寻常的碳纳米管可具有多种多样的结构。虽然从本质上优越性能真正得到研究,始于上世纪90年代初。讲,碳纳米管都是由相同的石墨层形成的,然而它当时,日本电气公司的SumioIijima发表的一篇们的电特性却并不一样,有时起金属作用,有时起论文中,研究了含有多壁碳纳米管的炭黑的高分半导体的作用。碳纳米管的直径通常介于1nm辨率电子显微镜照片。这是此种纳米结构管状碳~50nm范围。其长度一般为几微米,不过,最近的第一件现实的证据。此后,人们对碳纳米管的的研究进展已经使其长度
3、增加了很多,达到了厘固有性能作了进一步的测定,并且揭示出了令人米范围。形态较长的碳纳米管往往是碳原子直段意想不到的结果。实际上,对碳纳米管内在机械的组合,由此形成微米尺度的锯齿状构造(图性能和输运性能的测定,最终将它们定位为碳纤1b)。这是大批量生产的多壁碳纳米管的典型结维。表1、表2中就这些性能把碳纳米管与其他构。先进的工程材料进行了比较。与其他纤维材料相比,碳纳米管表现出独特的刚度、强度和韧度的组合,而前者往往缺乏其中某一项性能。碳纳米管的导热性和导电性也非常好,与其他导热、导电材料不相上下。因此,碳纳米管可以提供许许多多有益的性能,这些性能
4、对于作为添加剂增强聚合物的性能将大有裨益。比利时Nanocyl公司,在对碳纳米管性能及形态进行微调从而最大限度地发挥其内在潜力方图1a双层碳纳米管面,该公司拥有独树一帜的专业优势,成为得到广泛认同的特种碳纳米管及碳纳米管应用技术和材料的供应商之一。Nanocyl公司凭借这些知识和专业优势,不断制备出基于各种材料系列(热塑性塑料、热固性塑料、弹性体、硅橡胶、液体等)的母料、分散体和半复配产品,进一步发掘碳纳米管潜在的优点。表3示出了Nanocyl公司生产的多壁碳纳米管(MWCNT)即Nanocyl7000的特性和形态。表4列出了该公司的主要产品系列
5、。Nanocyl7000是目前得到普遍认可的产品,是市图1b长碳纳米管场上现有的导电性能最佳的多壁碳纳米管之一。第40卷第3期碳纳米管纳米复合材料研究的最新进展7表1高长径比材料的机械性能材料密度E,TPa强度,GPa断裂应变,%碳纳米管1.3~21~1.710~6010~30纳米尺度材料单层硅酸盐(蒙脱土)2.8~30.171<10气相生长碳纤维(VGCF)20.4~63~7<10纳米片层石墨2110~20微米尺度材料矾土晶须3.90.4~0.5514~28<10钙硅石2.960.3~0.532.7~4.1<10连续纤维材料碳纤维-PAN1.7
6、~20.2~0.61.7~50.3~2.4碳纤维-沥青基2~2.20.4~0.962.2~3.30.27~0.6E/S-玻璃2.50.07/0.082.4/4.54.8HS钢7.80.24.1<10Kevlar491.40.133.6~4.12.8表2导电材料的输送性能1)导电性)))静电放电(ESD)应用,如汽车材料热导率,W/m#k电导率,S/m中的油管,电子封装,电泳涂装等;碳纳米管>3000105~1072)机械增强)))结构复合材料,碳/碳构件,铜4006@107体育用品,陶瓷制品等;VGCF19502@1063)导热性)))热管理;碳
7、纤维-沥青基10001~5@1054)阻燃性)))油漆,阻燃配合料等。碳纤维-PAN8~1055~10@104不过,当下科研人员和主要CNT制造商正表3Nanocyl7000数据表在尽可能地发掘低碳纳米管添加量下的导电性。NC7000外径,nm9.51在导电复合材料中的应用平均长度,Lm1.5碳纳米管在聚合物中的抗静电和导电应用现碳纯度,%90已实现工业化,诸如电子工业和汽车工业等部门BET表面积,m2/g>300的工业化正在推进中。图2示出工程热塑性塑料表4Nanocyl公司产品一览表的典型电阻率图。对于导电热塑性塑料应用领域产品系列品种说明6
8、(<108#cm),碳纳米管的添加量可以比炭黑品工业产品NC7000碳纤维粉末,多种用途种低5%~15%。这可以通过渗透理论来加以解(产
