碳纳米管复合材料的制备.pdf新版资料.doc

碳纳米管-聚合物复合材料研究TheStudyofCarbonNanotube-posites摘要:碳纳米管优异力学性能使其成为优选复合材料增强体。本文综述了碳纳米管-聚合物复合材料研究进展,简明介绍了碳纳米管-聚合物复合材料制备方法和碳纳米管-聚合物复合材料在力学、电学、热学等方面取得进展。并具体讨论了碳纳米管和聚合物相互作用机理。最终展望了碳纳米管-聚合物复合材料应用前景。关键词:碳纳米管;复合材料;制备Abstract:--positesandtheadvancesofstudiesonthemechanical,electrical,,theapplicationprospectofcarbonnanotube-:posites;preparation1991年,日本NEC企业Iijima[1]用高分辨透射电镜分析电弧放电产生阴极沉积物时,发觉了含有纳米尺寸多层管状物,Ts)。CNTs是一个新型碳结构,能够形象地认为由碳六边形石墨片按一定螺旋度卷曲成无缝纳米级管状结构,它长度为几微米,而它直径从2nm到25nm不等。依据组成石墨片层数不一样,碳纳米管可分为单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)。两种形态碳纳米管全部显示出卓越机械性能和力学性质,碳纳米管弹性模量超出110TPA,和金刚石弹性模量相等,约为钢5倍,它理论拉伸强度为钢100倍,而它密度只有钢1/6,其弹性应变约为5%,最高可达12%,约为钢60倍,同时它理论拉伸强度为钢100倍。依据碳纳米管螺旋性及直径不一样,碳纳米管能够表现出金属性和半导体性。另外,碳纳米管含有很高热导率(>60000Wkn·k)[2]。文件报道碳纳米管-聚合物复合材料,依据主客体不一样可分为两类:第一类是以聚合物为主体,碳纳米管作为填充材料,关键是针对导电聚合材料,目标是为了改善导电聚合物力学和导电等性质。导电聚合材料含有质轻、导电性能好、耐腐蚀等优点,是一类有很大发展前途导电材料。到现在为止,虽对导电聚合材料研究已逾二十载,但其离大规模应用还存在很大差距关键存在机械性能差、耐热性和导电性不理想等,不能满足现实需求。通常采取改善其性能方法是填充炭黑、碳纤维、玻璃纤维和金属纤维等,其中以填充炭黑导电聚合物材料最为普遍,但其缺点是前后处理比较繁杂、易团聚和机械性能差等,这就为新型导电炭黑研制开发提出了新要求[3]。碳纳米管独特力学和电学性质能够填补炭黑不足,尤其是碳纳米管大规模生产实现使其成为聚合物填充材料首选,为未来复合材料发展和广泛应用开辟了更为宽广空间。一系列碳纳米管-聚合物复合材料随之应运而生,和之相关报道很多。另一类是以碳纳米管为主体,把聚合物修饰在碳纳米管壁上[4],以增加碳纳米管溶解度,使碳纳米管光电性质应用和作为化学试剂在溶液中进行化学操纵得以实现。即使碳纳米管在可见到红外光范围内含有非线性光学性质,不过它在很多溶液中溶解度很低,且不能稳定存在,从而使其应用受到限制。众所周知,很多化学反应是在液相中进行,假如能够改善碳纳米管溶解度,使碳纳米管能够参与液相化学反应,那么碳纳米管就能在色谱、电泳和生物化学等方面得到广泛应用。聚合物含有易合成,易溶于大多数溶剂等特点,所以,在碳纳米管表面修饰一层聚合物不仅简单可行,而且能够增加碳纳米管溶解度,深入扩大了碳纳米管用途[5]。本文对两类碳纳米管-聚合物复合材料制备、性质进行综述,侧重讨论碳纳米管和聚合物相互作用机理,并展望两类复合材料应用前景。-聚合物复合材料制备方法现在,碳纳米管-聚合物复合材料制备方法关键有3种:液相共混、固相共融和原位复合方法,其中以共混法使用较为普遍。伴随研究工作深入开展,碳纳米管-聚合物复合材料制备方法也将有新进展。下面就这多个方法进行简单介绍。液相共混复正当(solutionmixing)将超纯碳纳米管和聚合物放入甲苯(环己烷、乙醇、氯仿等)溶剂中超声振荡,分散均匀后静置一段时间,采取喷涂、提拉等方法在不一样基体(如Au、Ag、Cu或KBr、石英玻璃)上成膜,然后立即放在真空(~10-7torr)干燥箱内干燥24h。这种方法优点是操作简单、方便快捷。当碳纳米管含量低(<5%)时,碳纳米管镶嵌在聚合物矩阵中,