納米復(fù)合材料范文第1篇

[關(guān)鍵詞]碳納米管；復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)；性能

自從 1991 年日本筑波 NEC 實驗室的物理學家飯島澄男(Sumio Iijima)[1]首次報道了碳納米管以來，其獨特的原子結(jié)構(gòu)與性能引起了科學工作者的極大興趣。按石墨層數(shù)的不同碳納米管可以 分 為單壁碳 納 米管(SWNTs) 和多壁碳 納 米管(MWNTs)。碳納米管具有極高的比表面積、力學性能(碳納米管理論上的軸向彈性模量與抗張強度分別為 1~2 TPa 和 200Gpa)、卓越的熱性能與電性能(碳納米管在真空下的耐熱溫度可達 2800 ℃，導(dǎo)熱率是金剛石的 2 倍，電子載流容量是銅導(dǎo)線的 1000 倍)[2-7]。碳納米管的這些特性使其在復(fù)合材料領(lǐng)域成為理想的填料。聚合物容易加工并可制造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，采用傳統(tǒng)的加工方法即可將聚合物/碳納米管復(fù)合材料加工及制造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，并且在加工過程中不會破壞碳納米管的結(jié)構(gòu)，從而降低生產(chǎn)成本。因此，聚合物/碳納米管復(fù)合材料被廣泛地研究。

根據(jù)不同的應(yīng)用目的，聚合物/碳納米管復(fù)合材料可相應(yīng)地分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類。近幾年，人們已經(jīng)制備了各種各樣的聚合物/碳納米管復(fù)合材料，并對所制備的復(fù)合材料的力學性能、電性能、熱性能、光性能等其它各種性能進行了廣泛地研究，對這些研究結(jié)果分析表明：聚合物/碳納米管復(fù)合材料的性能取決于多種因素，如碳納米管的類型(單壁碳納米管或多壁碳納米管)，形態(tài)和結(jié)構(gòu)(直徑、長度和手性)等。文章主要對聚合物/碳納米管復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀進行綜述，并對其所面臨的挑戰(zhàn)進行討論。

1 聚合物/碳納米管復(fù)合材料的制備

聚合物/碳納米管復(fù)合材料的制備方法主要有三種：液相共混、固相共融和原位聚合方法，其中以共混法較為普遍。

1.1 溶液共混復(fù)合法

溶液法是利用機械攪拌、磁力攪拌或高能超聲將團聚的碳納米管剝離開來，均勻分散在聚合物溶液中，再將多余的溶劑除去后即可獲得聚合物/碳納米管復(fù)合材料。這種方法的優(yōu)點是操作簡單、方便快捷，主要用來制備膜材料。Xu et al[8]和Lau et al.[9]采用這種方法制備了CNT/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，并報道了復(fù)合材料的性能。除了環(huán)氧樹脂，其它聚合物(如聚苯乙烯、聚乙烯醇和聚氯乙烯等)也可采用這種方法制備復(fù)合材料。

1.2 熔融共混復(fù)合法

熔融共混法是通過轉(zhuǎn)子施加的剪切力將碳納米管分散在聚合物熔體中。這種方法尤其適用于制備熱塑性聚合物/碳納米管復(fù)合材料。該方法的優(yōu)點主要是可以避免溶劑或表面活性劑對復(fù)合材料的污染，復(fù)合物沒有發(fā)現(xiàn)斷裂和破損，但僅適用于耐高溫、不易分解的聚合物中。Jin et al.[10]采用這種方法制備了 PMMA/ MWNT 復(fù)合材料，并研究其性能。結(jié)果表明碳納米管均勻分散在聚合物基體中，沒有明顯的損壞。復(fù)合材料的儲能模量顯著提高。

1.3 原位復(fù)合法

將碳納米管分散在聚合物單體，加入引發(fā)劑，引發(fā)單體原位聚合生成高分子，得到聚合物/碳納米管復(fù)合材料。這種方法被認為是提高碳納米管分散及加強其與聚合物基體相互作用的最行之有效的方法。Jia et al.[11]采用原位聚合法制備了PMMA/SWNT 復(fù)合材料。結(jié)果表明碳納米管與聚合物基體間存在強烈的黏結(jié)作用。這主要是因為 AIBN 在引發(fā)過程中打開碳納米管的 π 鍵使之參與到 PMMA 的聚合反應(yīng)中。采用經(jīng)表面修飾的碳納米管制備 PMMA/碳納米管復(fù)合材料，不但可以提高碳納米管在聚合物基體中的分散比例，復(fù)合材料的機械力學性能也可得到巨大的提高。

2 聚合物/碳納米管復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀

2.1 聚合物/碳納米管結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

碳納米管因其超乎尋常的強度和剛度而被認為是制備新一代高性能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的理想填料。近幾年，科研人員針對聚合物/碳納米管復(fù)合材料的機械力學性能展開了多方面的研究，其中，最令人印象深刻的是隨著碳納米管的加入，復(fù)合材料的彈性模量、抗張強度及斷裂韌性的提高。

提高聚合物機械性能的主要問題是它們在聚合物基體內(nèi)必須有良好的分散和分布，并增加它們與聚合物鏈的相互作用。通過優(yōu)化加工條件和碳納米管的表面化學性質(zhì)，少許的添加量已經(jīng)能夠使性能獲得顯著的提升。預(yù)計在定向結(jié)構(gòu)(如薄膜和纖維)中的效率最高，足以讓其軸向性能發(fā)揮到極致。在連續(xù)纖維中的添加量，單壁碳納米管已經(jīng)達到 60 %以上，而且測定出的韌度相當突出。另外，只添加了少量多壁或單壁納米管的工程纖維，其強度呈現(xiàn)出了較大的提升。普通纖維的直徑僅有幾微米，因此只能用納米尺度的添加劑來對其進行增強。孫艷妮等[12]將碳納米管羧化處理后再與高密度聚乙烯(HDPE)復(fù)合，采用熔融共混法制備了碳納米管/高密度聚乙烯復(fù)合材料，并對其力學性能進行了研究。結(jié)果表明：碳納米管的加入，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。Liu 等[13]采用熔融混合法制得了 MWNT/PA6(尼龍 6)復(fù)合材料，結(jié)果表明，CNTs 在 PA6基體中得到了非常均勻的分散，且 CNTs 和聚合物基體間有非常強的界面粘接作用，加入 2 wt%(質(zhì)量分數(shù))的 MWNTs 時，PA6 的彈性模量和屈服強度分別提高了 214 %和 162 %。總之，碳納米管對復(fù)合材料的機械性能的影響，在很大程度上取決于其質(zhì)量分數(shù)、分散狀況以及碳納米管與基質(zhì)之間的相互作用。其他因素，比如碳納米管在復(fù)合材料中的取向，纖維在片層中的取向，以及官能團對碳納米管表面改性的不均勻性，也可能有助于改善復(fù)合材料的最終機械性能。

2.2 聚合物/碳納米管功能復(fù)合材料

2.2.1 導(dǎo)電復(fù)合材料

聚合物/碳納米管導(dǎo)電復(fù)合材料是靜電噴涂、靜電消除、磁盤制造及潔凈空間等領(lǐng)域的理想材料。GE 公司[14]用碳納米管制備導(dǎo)電復(fù)合材料，碳納米管質(zhì)量分數(shù)為 10 %的各種工程塑料如聚碳酸酯、聚酰胺和聚苯醚等的導(dǎo)電率均比用炭黑和金屬纖維作填料時高，這種導(dǎo)電復(fù)合材料既有抗沖擊的韌性，又方便操作，在汽車車體上得到廣泛應(yīng)用。LNP 公司成功制備了靜電消散材料，即在 PEEK 和 PEI 中添加碳納米管，用以生產(chǎn)晶片盒和磁盤驅(qū)動元件。它的離子污染比碳纖維材料要低65 %～90 %。日本三菱化學公司也成功地用直接分散法生產(chǎn)出了含少量碳納米管的 PC 復(fù)合材料，其表面極光潔，物理性能優(yōu)異，是理想的抗靜電材料[15]。另外，聚合物/碳納米管導(dǎo)電復(fù)合材料的電阻可以隨外力的變化而實現(xiàn)通-斷動作，可用于壓力傳感器以及觸摸控制開關(guān)[16]；利用該材料的電阻對各種化學氣體的性質(zhì)和濃度的敏感性，可制成各種氣敏探測器，對各種氣體及其混合物進行分類，或定量化檢測和監(jiān)控[17]；利用該材料的正溫度效應(yīng)，即當溫度升至結(jié)晶聚合物熔點附近時，電阻迅速增大幾個數(shù)量級，而當溫度降回室溫后，電阻值又回復(fù)至初始值，可應(yīng)用于電路中自動調(diào)節(jié)輸出功率，實現(xiàn)溫度自控開關(guān)[18]。

2.2.2 導(dǎo)熱復(fù)合材料

許多研究工作證明，碳納米管是迄今為止人們所知的最好的導(dǎo)熱材料�？茖W工作者預(yù)測，單壁碳納米管在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)可高達 6600 W/mK[19]，而經(jīng)分離后的多壁碳納米管在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)是 3000～6600 W/mK。由此可以想象，碳納米管可顯著提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)及在高溫下的熱穩(wěn)定性[20]。Wu 等[21]制 備 了 多 壁 碳 納 米 管 / 高 密 度 聚 乙 烯(MWNTs/HDPE)復(fù)合材料，并對其熱性能進行了深入的研究，實驗結(jié)果表明：導(dǎo)熱系數(shù)隨著 MWNTs 含量的增加而升高。當MWNTs 的質(zhì)量分數(shù)達到 38 h，混合材料的導(dǎo)熱系數(shù)比純HDPE 的高三倍多。徐化明等[22]采用原位聚合法制備的陣列碳納米管/聚甲基丙烯酸甲酯納米復(fù)合材料，在氮氣和空氣氣氛下，復(fù)合材料的熱分解溫度比基體材料分別提高了約 100 和60 ℃。在導(dǎo)熱性能上，陣列碳納米管的加人使得復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)達到 3.0 W/mK，比純 PMMA 提高了將近 13 倍。

2.2.3 其它功能復(fù)合材料

在碳納米管/聚合物功能復(fù)合材料方面最近有南昌大學納米技術(shù)工程研究中心[23]研制的一種多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂吸波隱身復(fù)合材料。通過對多壁碳納米管進行高溫 NaOH 處理，使碳管在其表面產(chǎn)生較多的孔洞，提高碳納米管的表面活性；制備的吸波隱身復(fù)合材料具有良好的雷達吸波效果和可控吸收頻段，這種吸波復(fù)合材料的體積電阻率在 106~107 ·cm 數(shù)量級，具有優(yōu)良的抗靜電能力，這對于調(diào)整雷達吸波材料的吸波頻段和拓寬吸波頻寬有著重要意義。美國克萊姆森大學Rajoriat[24]用多壁碳納米管對環(huán)氧樹脂的阻尼性能進行了研究，發(fā)現(xiàn)碳納米管樹脂基復(fù)合材料比純環(huán)氧樹脂的阻尼比增加了大約 140 %。

3 制備碳納米管聚合物復(fù)合材料中存在的問題

3.1 碳納米管在基體中的分散問題

碳納米管的長徑比大，表面能高，容易發(fā)生團聚，使它在聚合物中難以均勻分散。如何讓碳納米管在聚合物基體中實現(xiàn)均勻分散是當前需要解決的首要難題。經(jīng)表面改性的碳納米管可均勻分散在聚合物基體中，可以利用化學試劑或高能量放電、紫外線照射等方法處理碳納米管，引入某些特定的官能團。Liu J 等[25]首先采用體積比為 3∶1 的濃硫酸和濃硝酸對単壁碳納米管進行氧化處理，得到了端部含羧基的碳納米管，提高其在多種溶劑中的分散性。ChenQD[26]將碳納米管用等離子射線處理后引入了多糖鏈。還可運用機械應(yīng)力激活碳納米管表面進行改性，通過粉碎、摩擦、超聲等手段實現(xiàn)。

3.2 碳納米管的取向問題

碳納米管在聚合物中的取向應(yīng)符合材料受力的要求，研究表明，通過一定的加工例如機械共混剪切可以改善碳納米管在聚合物中的取向，從而進一步改善復(fù)合材料的性能。Jin L[27]將多壁碳納米管溶解于一種熱塑性聚合物溶液中，蒸發(fā)干燥制備出碳納米管呈無序分散狀態(tài)的薄膜，然后在其軟化溫度之上加熱并用恒定負荷進行機械拉伸，使其在負荷下冷卻至室溫，發(fā)現(xiàn)通過機械拉伸復(fù)合物可以實現(xiàn)碳納米管在復(fù)合物中的定向排列。

3.3 復(fù)合材料成型問題

當前碳納米管/聚合物復(fù)合材料的成型一般采取模壓、溶液澆鑄等手段，模壓操作簡單、易于工業(yè)化，但在降溫過程中，樣品由于內(nèi)外溫差較大會發(fā)生表面開裂等問題；溶液澆鑄形成的樣品不受外界應(yīng)力等因素的影響，但除去溶劑過程較長，碳納米管易發(fā)生團聚。

此外，聚合物進行增強改性所用的填料由原來微米級的玻璃纖維、有機纖維等發(fā)展到如今的碳納米管，填料尺寸上的變化使復(fù)合物材料原有的加工技術(shù)和表征手段都面臨著新的挑戰(zhàn)，需要在今后大力發(fā)展原子水平的新型加工技術(shù)和表征手段，以適應(yīng)碳納米管聚合物復(fù)合材料發(fā)展的需要。

4 結(jié)語

碳納米管以其獨特的性能正在越來越多領(lǐng)域得到應(yīng)用，隨著科學技術(shù)的進步當前碳納米管復(fù)合材料制備過程中存在的各種問題會逐漸得到解決，總有一天納米技術(shù)會真正走到人們的現(xiàn)實生活當來，給人們的生活帶來翻天覆地的改變。

參考文獻

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納米復(fù)合材料范文第2篇

［關(guān)鍵詞］高聚物納米復(fù)合材料

一、 納米材料的特性

當材料的尺寸進入納米級，材料便會出現(xiàn)以下奇異的物理性能：

1、尺寸效應(yīng)

當超細微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或投射深度等物理特征尺寸相當或更小時，晶體的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面附近原子密度減小，導(dǎo)致聲、光電、磁、熱、力學等特性呈現(xiàn)出新的小尺寸效應(yīng)。如當顆粒的粒徑降到納米級時，材料的磁性就會發(fā)生很大變化，如一般鐵的矯頑力約為80a/m，而直徑小于20nm的鐵，其矯頑力卻增加了1000倍。若將納米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力學性能，甚至還可以賦予其新性能。

2、表面效應(yīng)

一般隨著微粒尺寸的減小，微粒中表面原子與原子總數(shù)之比將會增加，表面積也將會增大，從而引起材料性能的變化，這就是納米粒子的表面效應(yīng)。

納米微粒尺寸d（nm） 包含總原子表面原子所占比例（%）103×1042044×1034022.5×1028013099從表1中可以看出，隨著納米粒子粒徑的減小，表面原子所占比例急劇增加。由于表面原子數(shù)增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，很容易與其它原子結(jié)合。若將納米粒子添加到高聚物中，這些具有不飽和性質(zhì)的表面原子就很容易同高聚物分子鏈段發(fā)生物理化學作用。

3、量子隧道效應(yīng)

微觀粒子貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強度等也具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，這稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。它的研究對基礎(chǔ)研究及實際應(yīng)用，如導(dǎo)電、導(dǎo)磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意義。

二、高聚物/納米復(fù)合材料的技術(shù)進展

對于高聚物/納米復(fù)合材料的研究十分廣泛，按納米粒子種類的不同可把高聚物/納米復(fù)合材料分為以下幾類：

1、高聚物/粘土納米復(fù)合材料

由于層狀無機物在一定驅(qū)動力作用下能碎裂成納米尺寸的結(jié)構(gòu)微區(qū)，其片層間距一般為納米級，它不僅可讓聚合物嵌入夾層，形成“嵌入納米復(fù)合材料”，還可使片層均勻分散于聚合物中形成“層離納米復(fù)合材料”。其中粘土易與有機陽離子發(fā)生交換反應(yīng)，具有的親油性甚至可引入與聚合物發(fā)生反應(yīng)的官能團來提高其粘結(jié)。其制備的技術(shù)有插層法和剝離法，插層法是預(yù)先對粘土片層間進行插層處理后，制成“嵌入納米復(fù)合材料”，而剝離法則是采用一些手段對粘土片層直接進行剝離，形成“層離納米復(fù)合材料”。

2、高聚物/剛性納米粒子復(fù)合材料

用剛性納米粒子對力學性能有一定脆性的聚合物增韌是改善其力學性能的另一種可行性方法。隨著無機粒子微細化技術(shù)和粒子表面處理技術(shù)的 發(fā)展 ，特別是近年來納米級無機粒子的出現(xiàn)，塑料的增韌徹底沖破了以往在塑料中加入橡膠類彈性體的做法。采用納米剛性粒子填充不僅會使韌性、強度得到提高，而且其性價比也將是不能比擬的。

3、高聚物/碳納米管復(fù)合材料

碳納米管于1991年由s.iijima 發(fā)現(xiàn)，其直徑比碳纖維小數(shù)千倍，其主要用途之一是作為聚合物復(fù)合材料的增強材料。

碳納米管的力學性能相當突出�，F(xiàn)已測出碳納米管的強度實驗值為30－50gpa。盡管碳納米管的強度高，脆性卻不象碳纖維那樣高。碳纖維在約1%變形時就會斷裂，而碳納米管要到約18%變形時才斷裂。碳納米管的層間剪切強度高達500mpa，比傳統(tǒng)碳纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料高一個數(shù)量級。

在電性能方面，碳納米管作聚合物的填料具有獨特的優(yōu)勢。加入少量碳納米管即可大幅度提高材料的導(dǎo)電性。與以往為提高導(dǎo)電性而向樹脂中加入的碳黑相比，碳納米管有高的長徑比，因此其體積含量可比球狀碳黑減少很多。同時，由于納米管的本身長度極短而且柔曲性好，填入聚合物基體時不會斷裂，因而能保持其高長徑比。愛爾蘭都柏林trinity學院進行的研究表明，在塑料中含2%－3%的多壁碳納米管使電導(dǎo)率提高了14個數(shù)量級，從10-12s/m提高到了102s/m。

三、前景與展望

在高聚物/納米復(fù)合材料的研究中存在的主要問題是：高聚物與納米材料的分散缺乏專業(yè)設(shè)備，用傳統(tǒng)的設(shè)備往往不能使納米粒子很好的分散，同時高聚物表面處理還不夠理想。我國納米材料研究起步雖晚但 發(fā)展 很快，對于有些方面的研究工作與國外相比還處于較先進水平。如：漆宗能等對聚合物基粘土納米復(fù)合材料的研究；黃銳等利用剛性粒子對聚合物改性的研究都在學術(shù)界很有影響；另外，四川大學高分子 科學 與工程國家重點實驗室發(fā)明的磨盤法、超聲波法制備聚合物基納米復(fù)合材料也是一種很有前景的手段。盡管如此，在總體水平上我國與先進國家相比尚有一定差距。但無可否認，納米材料由于獨特的性能，使其在增強聚合物應(yīng)用中有著廣泛的前景，納米材料的應(yīng)用對開發(fā)研究高性能聚合物復(fù)合材料有重大意義。特別是隨著廉價納米材料不斷開發(fā)應(yīng)用，粒子表面處理技術(shù)的不斷進步，納米材料增強、增韌聚合物機理的研究不斷完善，納米材料改性的聚合物將逐步向 工業(yè) 化方向發(fā)展，其應(yīng)用前景會更加誘人。

參考 文獻 ：

［1］ 李見主編.新型材料導(dǎo)論.北京：冶金工業(yè)出版社，1987.

納米復(fù)合材料范文第3篇

【關(guān)鍵詞】碳納米管；復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)體

引言

納米技術(shù)是世界上非常先進的一種科學技術(shù)，同時納米技術(shù)的出現(xiàn)也標志著人類改造自然的能力已經(jīng)深入到了原子與分子水平，如今納米概念已經(jīng)滲入到； 力學、物理學、電子學、機械學以及材料科學等多種領(lǐng)域。碳納米管（CNTs）是由日本學者Iijina發(fā)現(xiàn)的，碳納米管具有獨特的結(jié)果與良好的物理與化學性能，因此吸引了許多相關(guān)領(lǐng)域的研究者，并且如今已取得了一定的成果。碳納米管因為其獨特的結(jié)構(gòu)，使得這種材料具有高強度、高韌性以及極強的導(dǎo)電性能，并且這種材料還具有很好的熱性能，其熱穩(wěn)定性與化學穩(wěn)定性都非常好，因此具有很好的應(yīng)用發(fā)展前景。而CNTs聚合物基復(fù)合材料是一種以CNTs為增強體、聚合物為基體的復(fù)合材料，這種復(fù)合材料從工程應(yīng)用上可分為結(jié)構(gòu)符合材料與功能復(fù)合材料，因此要想了解碳納米管在聚合物基復(fù)合材料中的應(yīng)用，需要從這兩種材料進行分析。

1CNTs/聚合物結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

1.1CNTs的結(jié)構(gòu)與力學性能

CNTs是一種石墨面六邊形網(wǎng)絡(luò)格所組成的管狀物，一般是有單層或多層同軸管組成，其直徑一般是在幾納米在幾十納米之間，層次之間的距離一般是0.34nm，長度一般可以到到數(shù)微米。

通過相關(guān)的計算以及實驗檢查發(fā)現(xiàn)，CNTs具有極高的強度以及極強韌性，并且CNTs在透射電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，CNTs的楊氏模量能夠達到1. 0 TPa以上，大約是鋼的100倍，同時還發(fā)現(xiàn)CNTs還具有很高的伸張強度，已經(jīng)達到了（45±7）GPa，是一般高強度鋼材的20倍，并且根據(jù)相關(guān)理論與實驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CNTs具有很好的韌性，其彎曲角度超過了110度，因此這種材料被認為是最理想的聚合物復(fù)合材料的增強材料[1]。

1.2CNTs聚合物結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的力學性能

CNTs具有非常強的力學性能，因此這種材料能夠大大改善聚合物復(fù)合材料的強度與韌性，通過采用原位法復(fù)合CNTs與PA6得到了C-O-C化學見連接，同時CNTs在基體PA6中分散均勻的CNTs/PA6復(fù)合材料，這樣就能夠?qū)⑵淇估瓘姸却蟠蟮奶岣�，并且能夠讓這種材料保持非常高的沖擊韌性以及延伸率，當CNTs用量達到了15%的時候，就能夠?qū)��?fù)合材料的抗拉強度提升到130Mpa，沖擊的韌性也會得到很大程度上的提高，其韌性能夠達到403 kJ?m-2，而其延伸率能夠達到31%。

聚苯乙烯（PS）這種材料因為硬度以及剛性都非常好，并且價格也非常的低廉，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種材料比較脆，耐熱性也比較低，從而限制了這種材料的發(fā)展，通過原位聚合法將CNTs應(yīng)用進PS中之后，得到了CNTs/PS復(fù)合材料，通過相應(yīng)的檢測發(fā)現(xiàn)，當CNTs的含量達到1.0%的時候，這種材料的力學性能最好，同更是拉伸度也能夠達到26.1MPa，其沖擊韌性能夠達到1.16 kJ/m2，延伸率能夠達到7.62%，同時通過相關(guān)的調(diào)查研究表明，聚苯乙烯在自由基集合過程中加入CNTs時并沒有阻礙反應(yīng)[2]，并且還能夠增加聚苯乙烯的聚合程度，這同樣是引起這種復(fù)合材料力學性能增加的一個主要原因。

2CNTs/聚合物功能復(fù)合材料

2.1電學性能

CNTs不僅具有良好的物理性能以及電學性能，并且還具有獨特的電學性質(zhì)。因為CNTs主要是由碳原子的六角點陣二維石墨片卷曲而成的納米級管，在這中材料中會有大量的電子在單層的石墨片中沿納米管的進行軸向運動，這樣就會使得CNTs具有半導(dǎo)體以及金屬的性能。同時因為CNTs是一種纖維結(jié)構(gòu)，因此這種材料能夠均勻的分布在聚合物材料中，因此同樣會在聚合物基體中形成一種導(dǎo)電的通道，如果在應(yīng)用的過程中增加的量較少，就能夠形成永久的抗靜電材料，如果量增加過多的話還會成為一種導(dǎo)電材材料。通過將CNTs應(yīng)用到三元乙丙橡膠（EPDM）復(fù)合材料，通過對其電學性能的研究發(fā)現(xiàn)，隨著CNTs用量的增加，其橡膠的導(dǎo)電性也在逐漸的增加，當CNTs 的含量增加10糞的時候，就能夠讓這種復(fù)合材料的導(dǎo)電性能大大的增加，這是因為當CNTs含量較少的時候，并沒有在復(fù)合材料中形成導(dǎo)電通路，但是當達到10份的時候，就能夠形成導(dǎo)電通道[3]。

2.2光學性能

CNTs不僅具有獨特的電學學性能，同樣還具有獨特的光學性能，通過大量的實驗研究發(fā)現(xiàn)，CNTs從可見光帶紅外區(qū)都有廣泛的光限幅性能。人們將CNTs與一些共扼聚合物復(fù)合能夠得到良好的具有光學特性的聚合物。比如在苯乙炔（PPA）中加入CNTs，再通過原位聚合復(fù)合就能夠得到PPA/CNTs復(fù)合材料，這種復(fù)合材料具有很強的光穩(wěn)定性，當光的輻射強度達到10J/cm2的時候，復(fù)合材料中的CNTs就能夠有效的防止復(fù)合材料產(chǎn)生光降解，因此其具有有效的光限幅性。并且Curran等還通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用了CNTs材料PmPv/CNTs復(fù)合材料的熒光要比純聚合物的熒光更微弱，這樣能夠?qū)⒐庵凉庑��?yīng)提升35%。

3結(jié)語

碳納米管是一種在力學性能、化學性能以及熱穩(wěn)定性上都非常好的材料，并且其獨特的納米結(jié)構(gòu)能夠成為復(fù)合材料最理想的增強體，并且會賦予復(fù)合材料許多新的功能，因此碳納米管的應(yīng)用前景是非常廣闊的。但是如今碳納米管的市場價格非常的高，因此目前還無法實現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。通過本文對碳納米管在聚合物基復(fù)合材料中的應(yīng)用分析，也可以了解到碳納米管的應(yīng)用價值，而如今國外正嘗試新的碳納米管生產(chǎn)技術(shù)，希望能夠減低其生產(chǎn)成本，因此希望我國也能夠加強這方面的研究。

【參考文獻】

[1]陳衛(wèi)祥，陳文錄，徐鑄德.碳納米管的特性及其高性能的復(fù)合材料[J].復(fù)合材料學報，2023（04）.

納米復(fù)合材料范文第4篇

關(guān)鍵詞：碳納米管；增韌；氮化硅陶瓷；復(fù)合材料

碳納米管主要是由單層或者是多層圓柱石墨片而組成的，所以碳納米管分為單壁和多壁之分[1]。當前，碳納米管增韌氮化硅陶瓷作為復(fù)合材料，需要人們加大對其的研究力度，進而提升材料的抗熱震性能，并加強其材料的應(yīng)用，使得碳納米管氮化硅陶瓷復(fù)合材料的增韌性有明顯提升。

1實驗

1.1原料

本次對碳納米管增韌氮化硅陶瓷復(fù)合材料進行研究過程中，試驗原料包含氮化硅（Si3N4）、氧化釔（Y2O3）、氧化鋁（Al2O3）、乙醇（C2H2）、石墨紙（C）、氮氣（N2）。SiN4是上海硅酸鹽研究所生產(chǎn)的，的含量超過85%，而且費氏粒度達到1.2μm，在實驗過程中，在碳納米管內(nèi)加入濃硝酸和濃硫酸混合液，配比為3：1。在碳納米管中加入添加劑MgO和CeO2，試樣原料的配比具體如表1所示。

1.2工藝流程

實驗人員預(yù)先對碳納米管進行處理，按照一定比例予以分配，在塑料筒內(nèi)將酒精和硬質(zhì)的合金球加以濕磨處理，磨好后的混合料在干燥的環(huán)境下過篩[2]。此外，稱取少量的粉末，將其放入石墨模具中，按照設(shè)定的燒結(jié)工藝其進行燒結(jié)，最后，對燒結(jié)試樣的硬度、密度和韌性等指標予以測量，并利用顯微鏡對試樣斷面的顯微結(jié)構(gòu)和晶相結(jié)構(gòu)予以分析[3]。在燒結(jié)過程中，利用熱壓燒結(jié)方式，以15℃/min的速度將溫度分別升至1600℃、1650℃、1700℃、1750℃，保溫1h，在氮氣保護下，保證壓力為30Mpa，然后爐內(nèi)的溫度在自然狀態(tài)下與室內(nèi)溫度一致。

1.3測試

對試樣的測試方法具體如下：密度根據(jù)國標GB2413-18，并結(jié)合阿基米德定律，測量干燥試樣的質(zhì)量m1，試樣吸水飽和質(zhì)量為m2，在水中的質(zhì)量為m3，然后代入公式求得試樣體積密度ρ0=m1ρ0/（m2-m3），其中，ρ0為室溫下液體水的密度，根據(jù)室溫查有關(guān)表查得ρ0值[4]。燒結(jié)試樣的理論密度計算公式為：1/d=n1/d1+n2/d2+n3/d3......+nm/dm），然后利用排水法測量密度，除以理論密度就能夠求得試樣的相對密度[5]。測量材料的斷裂韌性和硬度需要采用壓痕法，本次加載壓力為1kg，加載時間為40s，斷裂韌性的計算公式為KIC=0.016（E/HV）1/2P/b3/2。式中的Hv是硬度，GPa；E為彈性模量，MPa，P為載荷，N；B為裂紋半長，單位是mm。通過用掃描電鏡對斷口形貌，在測試時，加速電壓為25kV，粉分辨率為6nm。

2結(jié)果與討論

2.1氮化硅陶瓷復(fù)合材料的力學性能

通過對碳納米管進行試驗研究表明，當燒結(jié)溫度為1600℃、1650℃、1700℃時，試樣的硬度和密度隨著碳納米管的的加入而減少，碳納米管的加入不利于改善氮化硅陶瓷復(fù)合材料性能。燒結(jié)溫度為1750℃，在碳納米管中加入0.99%試樣，其斷裂韌性和硬度最佳，分別為7.47MPa°m1/2和16GPa，與未加入相比，提升了6%。如果碳納米管的加入量增加時，試樣的力學性能下降，氮化硅陶瓷的燒結(jié)溫度提升[6]。

2.2氮化硅陶瓷復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)

通過對氮化硅陶瓷復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進行顯微觀察，晶粒發(fā)育比較良好，致密度也很高，而且有細長柱狀的β-SiN3和等軸狀的α-SiN。

2.3實驗結(jié)果分析

通過實驗結(jié)果表明，碳納米管的作用主要為如下幾個方面，第一，能夠進行氮化硅陶瓷材料的孔隙，復(fù)合材料的致密度低。第二，在燒結(jié)過程中，碳納米管能夠阻礙復(fù)合材料的融合，降低致密度。如果碳納米管的含量低，可以被氮化硅粉末分散，達到填充的效果，避免結(jié)團；當其含量增加時，致密度下降。如果碳納米管的加入量少于1%，氮化硅材料的纖維和致密度、硬度都增加；若加入量少于2%，致密度下降，并出現(xiàn)碳納米管粘連的現(xiàn)象，纖維長徑比減小，隔斷了氮化硅的連續(xù)性。在本次實驗中，碳納米管的最佳加入量為1%。試驗的斷裂為沿晶斷裂，而且碳納米管分布不均勻，粘結(jié)較少，在斷口處能將碳納米管拔出。此外，碳納米管和氮化硅的熱膨脹匹配性較好[7]。

3結(jié)束語

在1700℃熱壓下進行燒結(jié)，并配合MgO和CeO2復(fù)合燒助劑的使用，能夠降低燒結(jié)溫度，獲取高致密度的SiN4制品。燒結(jié)溫度為1600℃、1650℃、1700℃時，碳納米管增加，但氮化硅陶瓷的相對硬度和密度減少，如果碳納米管含量為0.99%，則氮化硅陶瓷復(fù)合材料的韌性提升6%，如果過度的增加，將起到相反效果。碳納米管增韌氮化硅復(fù)合材料主要靠纖維拔出機制，從而提升氮化硅陶瓷的韌性[8]。

參考文獻

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[3]余娟麗，李森，呂毅，等.冷凍注凝制備氮化硅陶瓷基耐高溫復(fù)合材料[J].硅酸鹽學報，2023，43（6）：723-727.

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[6]李根，楊楊.采用兩種不同燒結(jié)方法制備的氮化硅基納米復(fù)合材料[J].耐火與石灰，2023，37（5）：53-56.

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納米復(fù)合材料范文第5篇

LRV-17　Long　Range　Vessel主要是由碳纖維加強復(fù)合材料構(gòu)成的并采用碳納米管加以鞏固。它使用Arovex碳纖維納米復(fù)合材料系統(tǒng)，其目的是減輕重量并提高燃料燃燒率和擴大燃料范圍。該艦艇的行駛范圍超過1500海里，超過同等規(guī)模艦艇行駛范圍的3倍。該艦艇的沖刺速度超過40海里。

2023年，Zyvexz　Marine公司首次展示了Piranha　Unmanned　Surface　Vessel（食人魚無人駕駛水面艦艇）的模型，這是LRV-17艦艇的前身，并于2023年的進行了第一次航行。Piranha是由該公司的母公司Zyvex　Technologies　生產(chǎn)的，也采用了Arovex碳納米材料。Arovex是同類材料中第一個應(yīng)用于商業(yè)的。

Zyvex公司表示，新型艦艇的深V型船體使用了一個有源的陀螺儀穩(wěn)定器，來減少人體疲勞的因素，并加強海上的操作。該艦艇僅需兩名操作員，最多可容納4名非操作人員達5天以上。該艦艇57英尺長，攜帶1700加侖的燃料，并有11.9英尺高的衡梁和2.33英尺長的出水管。

迪拜全球海上安全解決方案（GMSS）出于各種海上安全因素的考慮將該艦艇部署在非洲和其他區(qū)域的海上。該艦艇的主要用途之一是對抗海盜，保護其他船只。GMSS預(yù)計使用安全小組，每組操控兩艘LRV-17艦艇，來保護新型商船護航計劃中的其他船只。

GMSS的總經(jīng)理Rhynhardt　Berrange在一次新聞會上說：“新型LRV-17艦艇是海洋安全規(guī)則的改變者，因為它們是唯一能夠遠程護航并高速處理多個海盜威脅的艦艇。　只需要小型安全團隊就能有效操作該艦艇。這些屬性造就了一個具有成本效益的平臺來確保海上安全。新型艦艇預(yù)計將延遲問世，它能幫助阻止海盜的試探和進攻。”