復(fù)合法制備碳納米管復(fù)合材料進展

文章闡述了通過溶液混合法制備多壁碳納米管/聚氯乙烯復(fù)合材料,并對其性能進行了紅外表征,表明制得的復(fù)合材料具有良好的性能。

將酸化處理以后的碳納米管(cnts)與高密度聚乙烯(hdpe)復(fù)合,采用機械共混法制備了定向cnts/hdpe復(fù)合材料,并對其力學(xué)性能、相態(tài)結(jié)構(gòu)、流變性能及熱性能進行了研究。結(jié)果表明:cnts的加入,提高了復(fù)合材料的屈服強度和拉伸模量,但同時卻降低了材料的斷裂強度和斷裂伸長率;cnts在hdpe基體中有了較好的分散性和相容性;cnts的加入對復(fù)合材料流變性能產(chǎn)生了較大的影響,加入少量的cnts可以使復(fù)合材料體系的表觀粘度降低,有利于hdpe加工性能的改善;cnts加入后,hdpe的熔融溫度和結(jié)晶熔融焓均有所下降。

碳納米管是一種一材多能和一材多用的功能材料和結(jié)構(gòu)材料,尼龍/碳納米管復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、超強的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)熱性,可望用于汽車、飛行器制造、電子機械等領(lǐng)域。對尼龍/碳納米管復(fù)合材料的制備方法、主要性能和應(yīng)用進行綜述。

采用原子轉(zhuǎn)移自由基(atrp)活性聚合方法在多壁碳納米管(mwnt)表面接枝丙烯酸丁酯聚合物(pba),并以此對聚丙烯(pp)進行改性。紅外光譜(ft-ir)及透射電子顯微鏡(tem)測試結(jié)果表明,采用atrp法成功地將pba接枝到多壁碳納米管(mwnt)表面。對pp/mwnt復(fù)合材料電性能研究表明,mwnt-pba的添加比mwnt-cooh更能降低復(fù)合材料的電阻率。mwnt-pba的加入可使pp從絕緣材料轉(zhuǎn)變?yōu)榭轨o電材料。mwnt-pba和mwnt-cooh加入pp都能提高材料的電性能,而mwnt-pba比mwnt-cooh的作用更加明顯。

為了制備晶粒細(xì)小、組織均勻的復(fù)合材料,提高材料的力學(xué)性能,用攪拌摩擦加工法制備碳納米管增強鋁基復(fù)合材料,并對不同碳納米管含量的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、拉伸性能及斷口形貌進行分析。結(jié)果表明:碳納米管添加到鋁基體中,攪拌摩擦中心區(qū)晶粒細(xì)小,碳納米管與基體之間結(jié)合良好,未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷;碳納米管對基材有明顯的強化作用,鋁基復(fù)合材料抗拉強度隨著碳納米管含量的增加而提高;碳納米管體積分?jǐn)?shù)為7%時,抗拉強度達(dá)到201mpa,是基材的2.2倍;復(fù)合材料在宏觀上呈現(xiàn)脆性斷裂特征,微觀上呈現(xiàn)韌性斷裂特征,其斷裂機制以cnts/al界面脫粘、基體撕裂和增強體斷裂為主。

用球磨法制備了碳納米管/cu復(fù)合材料粉末,采用掃描電鏡(sem)對不同工藝制備的復(fù)合粉末進行研究。結(jié)果表明,采用兩步實驗,通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù),可以得到恰當(dāng)長度的碳管,能夠?qū)崿F(xiàn)碳管在銅基體中的有效分散。

通過共沉淀法制備了尼龍6(pa6)/碳納米管(cnts)復(fù)合材料,并對復(fù)合材料的拉伸強度、分散和界面情況等進行了表征。添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%cnts的復(fù)合材料拉伸強度提高了25%,繼續(xù)加大cnts用量,強度有所降低。sem表明cnts在復(fù)合材料中分散良好。研究了cnts用混合酸修飾對復(fù)合材料性能的影響。raman光譜顯示,在復(fù)合材料中,cnts各特征譜峰向高波數(shù)位移。

在氬氣保護下,采用碳納米管預(yù)制塊鑄造法制備了碳納米管/az91鎂基復(fù)合材料。觀察和分析了復(fù)合材料的微觀組織,測試了其室溫力學(xué)性能,并利用掃描電子顯微鏡(sem)和能譜分析(sed)對復(fù)合材料拉伸斷口形貌進行了觀察和分析。研究結(jié)果表明:該方法能有效地將碳納米管添加到鎂合金熔體中并且均勻分散;隨著碳納米管的加入,復(fù)合材料的晶粒組織得到不斷的細(xì)化,綜合力學(xué)性能得到明顯提高。

碳納米管(cnts)由于其獨特的結(jié)構(gòu),較高的長徑比,較大的比表面積,且具有超強的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)熱性,已經(jīng)證明是塑料的非常優(yōu)異的導(dǎo)電填料,聚合物基碳納米管復(fù)合材料可望應(yīng)用于材料領(lǐng)域的多個方面,尤其在汽車、飛機及其它飛行器的制造等軍事和商業(yè)應(yīng)用上帶來革命性的突破。本文介紹了碳納米管的結(jié)構(gòu)形態(tài)和碳納米管的制備、純化、修飾方法及聚合物基碳納米管復(fù)合材料的制備、性能,并綜述了近幾年來尼龍/碳納米管復(fù)合材料的研究進展及應(yīng)用前景。

文章主要綜述了碳納米管/聚氯乙烯復(fù)合材料的制備,并對此類復(fù)合材料的應(yīng)用前景進行展望。

基于cds良好的光學(xué)性質(zhì)和單壁碳納米管(swcnt)優(yōu)異的電子學(xué)性質(zhì),制備了納米cds/swcnt復(fù)合材料和納米cds/聚乙烯亞胺(pei)功能化swcnt復(fù)合材料,并利用日光燈光源模擬太陽光研究了它們的光電性質(zhì).結(jié)果表明,納米cds/swcnt復(fù)合材料呈現(xiàn)顯著的負(fù)光電導(dǎo)現(xiàn)象,而納米cds/pei-swcnt復(fù)合材料呈現(xiàn)強烈的正光電導(dǎo)現(xiàn)象.用電子轉(zhuǎn)移理論對這一結(jié)果進行了解釋.兩樣品在大角度彎折的情況下,光電性質(zhì)均基本沒有變化.因此,納米cds/碳納米管復(fù)合材料在光電領(lǐng)域,尤其是新興的柔性光電子學(xué)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景.

以多壁碳納米管為填料,氟碳樹脂為成膜物質(zhì),采用機械共混法制備了一種具有自清潔性能的耐腐蝕涂料,利用電化學(xué)阻抗譜法測定了碳納米管的臨界濃度,研究了碳納米管的摻量對涂層自清潔性能、物理性能及耐化學(xué)品性能的影響。

綜述了近年來丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)/碳納米管(cnts)納米復(fù)合材料的研究進展,介紹了該材料的不同制備方法和所得復(fù)合材料的力學(xué)、導(dǎo)電、雷達(dá)波吸收、熱解及阻燃性能。研究發(fā)現(xiàn),添加少量的cnts可以大幅提高abs的彈性模量和拉伸強度等力學(xué)性能;降低材料的電阻率,達(dá)到永久抗靜電型abs要求;并可使材料具有雷達(dá)波吸收性能;同時還能顯著改善abs的阻燃性能。還分析了不同cnts種類、添加量及預(yù)處理方法對abs/cnts納米復(fù)合材料上述性能的影響,并對相關(guān)機理進行了分析討論。

研究生課程考核試卷 （適用于課程論文、提交報告） 科目：納米材料與技術(shù)教師： 姓名：學(xué)號： 專業(yè)：類別：學(xué)術(shù) 上課時間：2014年9月至2014年12月 考生成績： 卷面成績平時成績課程綜合成績 閱卷評語： 閱卷教師(簽名) 重慶大學(xué)研究生院 碳納米管陶瓷基復(fù)合材料 學(xué)生： 學(xué)號： 專業(yè)： 重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 二o一四年十二月 i 摘要 碳納米管作為一種新型炭材料，由一層或者多層石墨片按照一定螺旋角卷曲 而成六邊形無縫結(jié)構(gòu)，具有獨特的納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和物理化 學(xué)性能，在各個領(lǐng)域顯示出誘人的潛在應(yīng)用價值和前景，引起了科學(xué)界廣泛的研 究。碳納米管因其獨特的結(jié)構(gòu)而具有許多獨特的性能，除了在半導(dǎo)體器件、儲氫、 傳感器、吸附材料、電池電極、催化劑載體等領(lǐng)域具有非常廣闊和誘人的應(yīng)用前 景外,碳納米管在制備結(jié)構(gòu)、功能以及結(jié)構(gòu)/功能一體化復(fù)

采用原子轉(zhuǎn)移自由基(atrp)活性聚合方法在多壁碳納米管(mwnt)表面接枝丙烯酸丁酯聚合物(pba),并以此對聚丙烯(pp)進行改性。紅外光譜(ft-ir)及透射電子顯微鏡(tem)測試結(jié)果表明,采用atrp法成功地將pba接枝到多壁碳納米管(mwnt)表面。采用熔融共混法制備了pp/mwnt復(fù)合材料,對其力學(xué)性能和耐熱性能進行了研究,結(jié)果表明,接枝聚合物的碳納米管提高了復(fù)合材料的拉伸強度和沖擊強度,提高了pp的耐熱性。mwnt-pba和mwnt-cooh加入pp都能提高材料的性能,而mwnt-pba比mwnt-cooh的作用更加明顯。

比利時nanocyl公司近日宣布成功開發(fā)出nc9000系列碳納米管復(fù)合材料,這是一種以hdpe(高密度聚乙烯)為基材的納米復(fù)合材料。該公司采用自已的專利工藝,在聚合物中預(yù)先分布高濃度碳納米管,這樣特別易于加工處理,分散的碳納米管可應(yīng)用于多種工業(yè)條件。作為首批出售產(chǎn)品,nc9000基于hdpe原料,碳納米管最高

高強度高導(dǎo)電銅基材料是一種應(yīng)用廣泛的功能材料,而將碳納米管作為增強相來制備銅基復(fù)合材料可望得到性能優(yōu)良的高強度高導(dǎo)電材料。碳納米管的分散性以及與銅基體的界面結(jié)核性是制備具有優(yōu)良性能材料的關(guān)鍵,介紹了對碳納米管進行表面處理的方法并提出采用區(qū)域熔煉法來制備碳納米管增強銅基復(fù)合材料的工藝,通過前期實驗證明該工藝可以改善碳納米管與銅基體的結(jié)合性。

日本大阪大學(xué)與北海道大學(xué)共同研制成功碳納米管（cnt）均勻分散的純海棉鈦復(fù)合材料，在該材料中添加了0．35％（質(zhì)量）的cnt，從而制得了抗拉強度高達(dá)930mpa的復(fù)合材料。首先將cnt置入含有界面活性劑的水溶液中，采取超聲波振動攪拌并使cnt分散。海棉鈦粉經(jīng)過這種水溶液浸漬后取出，經(jīng)熱處理除去水分和界面活性劑后制成燒結(jié)體并擠壓成材。

將檸檬酸還原法和nabh4還原法制備得不同粒徑的au納米粒子采用浸泡和呼吸兩種方法引入到納米管管壁中，制備出了具有熱敏性質(zhì)的pnipam納米管和au納米粒子的復(fù)合材料。實驗發(fā)現(xiàn)，采用單純的浸泡法時，納米管對au納米粒子的吸附在很短的時間內(nèi)達(dá)到平衡。在相同的吸附時間內(nèi)采用呼吸法，納米管對小粒徑的au粒子的吸附量更多一些，而對大粒徑的au粒子的吸附量并沒有明顯增加。說明呼吸作用對吸附粒子的粒徑具有一定的選擇性。這為制備納米粒子／聚合物納米管復(fù)合材料提供了一條方便可行的途徑。

通過水熱合成方法制備了釩酸鉍(bivo_4)和多壁碳納米管/釩酸鉍(mwcnts/bivo_4)復(fù)合材料,用xrd、sem-edx、drs等技術(shù)對所制備的材料進行了表征。研究了在可見光照射下材料降解亞甲基藍(lán)溶液(mb)的光催化性能。當(dāng)摻雜mwcnts后,增強了樣品對可見光的吸收能力,減小了催化劑的帶隙寬度,有利于提高bivo4復(fù)合材料在可見光下的光催化活性。在可見光照射下降解亞甲基藍(lán)溶液的光催化實驗表明,質(zhì)量含量為10%mwcnts/bivo_4樣品的光催化活性最高,可見光照射3h對亞甲基藍(lán)溶液的降解率達(dá)91.8%,與純bivo_4相比,其光降解率約提高了近1倍。

日本學(xué)者滝澤秀一等人研究了在鈦合金中添加碳納米管（cnt）的制造技術(shù)。通過在代表性的鈦合金ti-6al-4v及sp700（ti-4．5al-3v-2mo-2fe）中均一微細(xì)分散地添加碳納米管（添加量〈1％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）及其相應(yīng)的后續(xù)制造技術(shù)，使合金的強度、延性、剛性大幅度改善。

引言聚烯烴是國民生活和現(xiàn)代國防不可或缺的基礎(chǔ)原材料,但與abs、pc等工程塑料相比,其剛性不足,低溫脆性也較明顯,因此很難作為結(jié)構(gòu)材料使用。納米技術(shù)的出現(xiàn)為聚烯烴材料性能的提高提供了廣闊的空間[1],其中,納米復(fù)合材料中存在納米尺寸效應(yīng)、超大的比表面積以及很強的界面相互作用,具有比強度高、可設(shè)計性強、抗疲勞性好等優(yōu)點,因此,納米復(fù)合聚乙烯中含少量納米材料便能極大增強材料本身的性能,同時聚合物中納米材料的低含量也大大減少了無機載體在聚合物中的灰分,有利于聚合物材料高性能的保持,這引起了研究工作者的廣泛關(guān)注。