碳纳米管基纳米复合材料的最新研究进展.pdf

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1、综述与专论朱永康·碳纳米管基纳米复合材料的最新研究进展碳纳米管基纳米复合材料的最新研究进展朱永康编译（中橡集团炭黑工业研究设计院，四川自贡643000）摘要：介绍了碳纳米管的结构、性能，主要研究了其在导电复合材料和结构复合材料中的应用。通过研究发现，碳纳米管可赋予各种复合材料（热塑性材料、橡胶、热固性材料）多种不同优异的性能（电性能、机械性能、尺寸性能、热性能或阻燃性能），甚至在老化场合下也可提供一定程度的稳定性。关键词：碳纳米管；复合材料；研究进展中图分类号：TQ322文章编号：1009-797X(201

2、0)05-0019-07文献标识码：ADOI：10.3969/J.ISSN.1009-797X.2010.05.003碳纳米管（CNT）是由碳(石墨层)构成的一是可大批量供应的多壁碳纳米管的代表。种管状材料，其直径以纳米尺度来量度。石墨早期形式的碳纳米管是上世纪80年代初，层看上去颇像卷起来的薄片，连续的完整六边由工业研究化学家HowardTennent博士首次形网格，碳分子处于六边形的顶点（见图1）。合成的，他研发出了利用烃原料通过催化培育依照其长度、粗细、螺旋性及层数的不同，碳出纳米管的技术。由于当时没

3、有高清晰度的分纳米管可具有多种多样的结构。虽然从本质上析仪器和观测仪器，致使人们无法对这种新颖讲，碳纳米管都是由相同的石墨层形成的，然的碳形式的潜力作出合乎实际的估量。碳纳米而它们的导电特性却并不一样，具体情况取决管非同寻常的优越性能真正得到研究，始于上于其所起的是金属还是半导体的作用。碳纳米世纪90年代初。当时，日本电气公司的Sumio管的直径通常介于1~50nm范围。其长度一般Iijima发表的一篇论文中，出现了含有多壁碳纳为几微米，不过，最近的研究进展已经使其长米管的炭黑的高清晰度电子显微镜照片。这是

4、度增加了很多，达到了厘米范围。形态较长的此种纳米结构管状碳的第一件现实的证据。此碳纳米管往往是碳原子直段的组合，由此形成后，人们对碳纳米管的内在性能作了进一步的微米尺度的锯齿状构造（图1b）。这种构造正测定，并且揭示出了令人意想不到的结果。实际上，对碳纳米管内在机械性能和输运性能的测定，最终将它们定位为炭纤维。表1、表2中就这些性能把碳纳米管与其他高级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硬度、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，与其他的

5、导热、导电材图1碳纳米管收稿日期：2009-05-072010年第36卷·19·橡塑技术与装备CHINARUBBER/PLASTICSTECHNOLOGYANDEQUIPMENT表1高纵横尺寸比材料的机械性能表3Nanocyl7000数据表断裂应外径/nm9.5材料比重E/TPa强度/GPa变/%平均长度/μm1.5碳纳米管（纳米尺度材料）1.3~21~1.710~6010~30碳纯度/%902-1单层硅酸盐（蒙脱土）2.8~30.171＜10BET表面积/（m·g）＞300气相生长炭纤维（VGCF）20.

6、4~63~7＜10纳米片层石墨（微米尺度材2110~20表4Nanocyl公司产品一览表料）矾土晶须3.90.4~0.5514~28＜10产品系列品种说明钙硅石（连续纤维材料）2.960.3~0.532.7~4.1＜10炭纤维粉末，多种用途工业产品NC7000炭纤维-PAN1.7~20.2~0.61.7~50.3~2.4（产能规模：t）炭纤维-沥青基2~2.20.4~0.962.2~3.30.27~0.6PlastiCyl可少量提供E/S-玻璃2.50.07/0.082.4/4.54.8Nanocyl100

7、0、21003100研究产品1kg到几千克，研究与开发用HS钢7.80.24.1＜10和9000系列Kevlar491.40.133.6~4.12.8环氧化及水分散体，分散体EpoCyl试样阶段（几千克或升）BPA-MR01表2导电材料的输送性能AquaCYL，AQ0101-1-1材料热导率/[W/(m·k)]电导率/(S·m)57碳纳米管＞300010~107的油管，电子封装，电泳涂装等；铜4006×106机械增强——结构复合材料，碳/碳构件，VGCF19502×105炭纤维-沥青基1000(1~5)×1

8、0体育用品，陶瓷制品等；4炭纤维-PAN8~105(5~10)×10导热性——热管理；阻燃性——油漆，阻燃配合料等。料不相上下。因此，碳纳米管可以提供许许多不过，当下科研人员和主要CNT制造商正多有益的性能，这些性能对于增强聚合物作为在尽可能地发掘低添加量下碳纳米管的导电添加剂的性能将大有裨益。性。比利时Nanocyl公司创立于2002年，在对碳纳米管性能及形态学进行微调以最大发挥其1在导电复合材料中的应用内在潜