CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2006年第25卷第8期
880
化 工 进 展
碳纳米管/聚氨酯功能复合材料的制备与应用
赵彩霞
孙东成杨 斌
(
华南理工大学化学科学学院广东 广州 510640)
摘 要介绍了碳纳米管的处理碳纳米管/聚氨酯复合材料的制备方法碳纳米管的处理方法有表面处理改性和局部活化改性2种; 碳纳米管/聚氨酯复合材料的制备方法有物理共混法和原位聚合法结合碳纳米管和聚氨酯的
特性综述了碳纳米管/聚氨酯复合材料在力学性能的增强电子材料智能材料生物医学材料和节能材料等方
面的应用并对CNTs/PU
复合材料未来的研究工作提出了几点意见
关键词
碳纳米管
聚氨酯
复合
中图分类号
TB 332 文献标识码 A 文章编号1000–6613
2006
08–0880–05
Preparation and application of carbon nanotubes/polyurethane
functional composites
ZHAO Caixia SUN Dongcheng YANG Bin
(School of Chemical Science South China University of Technology Guangzhou 510640Guangdong China)
Abstract
The treatment of carbon nanotubes (CNTs)such as surface modification and local activation-modification and the preparation methods of CNTs/PU composites such as physical blending and in-situ polymerization are introduced. The properties of CNTs and PU are presented and the
application of CNTs/PU composites particularly in the aspects of improvement of mechanical propertiess electronic materials intelligent material biomedicine and energy saving are reviewed. The suggestions about future study of CNTs/PU composites are also presented. Key words carbon nanotubes polyurethane composite
碳纳米管(CNTs)在纳米尺寸下出现的明显量子效应
[1]
因此碳纳米管具有独特结构和力学电学和化学性质碳纳米管独特的准一维管状分子结构
引起了物理化学材料科学和纳米科技领域学者
的兴趣[2
3]以碳纳米管作为填料的各种碳纳米管/高聚物复合材料的研究已有大量的报道[4
8]
聚氨酯(PU)作为一种常见的高分子材料具有高弹性良好的挠曲性较高的弹性模量以及优良的耐磨性能良好的耐候耐油耐脂和耐许多溶剂等优良的性能此外产品形态多样成型工艺简便因而被广泛应用于各行业
[9]
但其强度不高
耐热耐水抗静电等性能差限制其进一步的应用碳纳米管与聚氨酯的复合则将两者的优点集于一体成为具有新型功能的材料
目前CNTs/PU 复合材料
的研究主要是利用CNTs 优良的力学性能来大幅度
提高材料的强度和韧性以及利用其良好的电磁性能来提高材料的导电性电磁屏蔽性和光电子发射
性等 1 碳纳米管/聚氨酯复合材料的制备 CNTs/PU 复合材料的制备过程中碳纳米管的
处理和复合制备法是十分重要的通常根据复合制备法的不同选择适宜的方式处理碳纳米管 1.1 碳纳米管的表面处理 由于碳纳米管具有较高的比表面积处于热力学不稳定态碳管间的范德华力作用使碳纳米管极
易团聚难分散并且碳纳米管与各种聚合物间的黏合力较小若碳纳米管的表面未经处理在与聚合物基体材料复合时就无法发挥其特有性能从收稿日期 2006–01–
21修改稿日期 2006–05–
15
第一作者简介
赵彩霞
1980
女硕士研究生联系人 孙东成副教授从事高分子功能材料研究E –mail chdcsun@https://www.doczj.com/doc/df17768628.html,
第8期 赵彩霞等碳纳米管/聚氨酯功能复合材料的制备与应用
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而限制了该复合材料的应用[1012]通过对碳纳米管进行表面改性和修饰等处理可以改善CNTs 在聚合物基体中的分散性[13]目前通常采用两种方式对CNTs 处理
表面处理改性和局部活化改性 表面处理改性是利用化学手段处理CNTs 可在CNTs 上获得某些官能团改变其表面性质以符合某些特定的要求(
如表面亲水性生物相容性
)通
常用硝酸或硝酸与硫酸的混合酸的氧化作用使CNTs 表面带有氧官能团[1415]改善聚合物和CNTs
的界面结合作用以提高CNTs 与PU
的相容性Kwon [16] 先对CNTs 除杂纯化后再用发烟硝酸处理0.5 h 成功地使CNTs 表面带有―COOH 将酸处理过的碳纳米管(A-CNTs)分散于水性聚氨酯
WBPU 基体中制得复合材料结果表明随着酸处理时间增加在A-CNTs 的表面O/C 的比值随酸处理时间的增加而增加CNTs 样品的水接触角明显地由15°减小到0°表明浓硝酸处理的CNTs 的亲水性增加从而提高了CNTs 与WBPU
的相容性A-CNTs 在复合物中的团聚明显减弱相对与未经酸处理的CNTs
A-CNTs 在PU 中分散性较
好
图1所示为A-CNTs/WBPU(a)和CNTs/WBPU(b)的扫描电镜图此法处理过的
CNTs 适用于物理共混法制备CNTs/PU
复合材料
(a)经酸处理后
(b)未经酸处理
图1 碳纳米管/水性聚氨酯的扫描电镜图
局部活化改性是用化学反应使CNTs 表面带
有―OH 或―NH 2
等官能团这些官能团在PU 的聚
合过程中作为反应单体参与反应即利用CNTs 与
PU 的共价键作用使CNTs 稳定地分散于PU
基体中
Kuan [11]和Jung 等[18]
将CNTs 处理后分别使CNTs 带有官能团―OH 和―NH
2然后将处理过的CNTs 作为
扩链剂加到聚氨酯的预聚物中使―OH 和―NH 2参与扩链反应制得分散均匀的CNTs/PU
复合材料此法处理过的
CNTs 适用于原位聚合法制备CNTs/PU
复合材料
两种处理方法的特点是处理后的CNTs 可以保持其结构的完整性使CNTs 易于在水和有机溶剂中分散或在制备复合材料时参与PU 的聚合反应从而为CNTs/PU 基体复合材料的制备和应用开辟了广泛的空间
1.2 碳纳米管/聚氨酯的制备
碳纳米管在复合材料中的有效利用主要依赖于是否能将碳纳米管完全分散在聚合物基体中且不破坏其组成和结构[19]因此要实现碳纳米管在聚
氨酯基体中的良好分散制备方法的选择尤为重
要目前CNTs/PU 复合材料的制备方法主要有两种物理共混法和原位聚合法 1.2.1 物理共混法
CNTs/PU 复合物的物理共混是将制备好的纳米碳管与PU 直接共混可以是机械法直接混合或者通过溶液形式乳液形式熔融形式共混
可通过超声等方法将CNTs 超细颗粒直接分散于PU 乳液或PU 有机溶液中也可先将CNTs 分散于
水或有机溶剂中形成稳定分散液再采用超声将CNTs 的分散液与PU 乳液或PU 有机溶液混合制得CNTs /
PU
复合物材料Huang 先将CNTs 超声处理30 h 分散在四氢呋喃溶剂中再采用共混法借助超声波将CNTs 分散液与PU 的四氢呋喃和N , N -二甲基甲酰胺的有机混合液超声分散30
min 制备CNTs/PU 复合材料
[20]
总的来说
直接共混的方法简单易行CNTs 的几何参数和体积分数便于控制未经处理的CNTs 的分布很不均匀且易于发生团聚
影响材料性能通过与PU 共混处理过的碳纳米管比未经处理的碳纳米管制得复合材料的分散性稳定性好用处理过的碳纳米管进行共混可有效提高复合材料的性能[21
23]
1.2.2 原位聚合法
CNTs/PU 的原位聚合法指在PU 单体发生聚合反应的过程中加入处理过的
CNTs 使CNTs 在聚合物单体中均匀分散再引发单体原位聚合生成高分
子利用CNTs 表面的官能团参与聚合反应或利用
化 工 进 展 2006年第25卷
882 CNTs 表面的官能团与PU
良好相容性从而制得CNTs/PU
复合材料
即原位聚合法有两种CNTs 在复合过程中参与反应和不参与反应
Kuan 和Jung 等将CNTs 处理后分别使CNTs 带有官能团―OH 和―NH
2然后将处理过的CNTs 作
为扩链剂加到聚氨酯的预聚物中使―OH 和―NH 2
参与扩链反应[17
18]
聚合过程如图2所示
[18]即利
用CNTs
表面的官能团参与聚合反应
通过共价键
体系1以及离子键体系2的作用使CNTs 均匀
稳定地分散于PU 基体中
Kwon 等则是将粗CNT 进行纯化和酸处
理A-CNTs
在室温下用超声波处理1 h 以制得稳
定的A-CNTs 水分散液然后将A-CNTs 的水分散液加到聚氨酯的预聚物的反应混合物中在40
下用
1 h 滴加扩链剂乙二胺使反应混合物中的聚氨酯预
聚物扩链
继续反应直到反应完全
[24]
即在聚合
的过程中加入
A-CNTs 利用A-CNTs 表面的官能
团―COOH 使其与PU
有好的相容性
以提高CNTs
在PU 基体中的分散
原位聚合法的关键是保持CNTs 的稳定性使之不易发生团聚此法也称作在位分散聚合法原位聚合法可在水相也可在油相中发生单体可以进行自由基聚合由于聚合物单体分子小黏度低表面有效改性后的CNTs 容易均匀分散保证了体系的均匀性及各项物理性能指标
[25]
2 碳纳米管/聚氨酯复合物的应用
碳纳米管被认为是聚氨酯复合材料的理想添加相碳纳米管与聚氨酯的复合可以实现组元材料的优势互补或加强能经济有效地利用两者的独特
性能近几年来随着对CNTs 和PU 的研究不断深
入其复合物的广阔应用前景也不断显现出来 2.1 增强材料
因为CNTs 具有非常独特的微观结构所以表现出良好的稳定性尤其是轴向稳定性结构稳定性使CNTs 表现出良好的抗变形能力即非常高的弹性
模量
同时CNTs
的微观结构呈各向异性使得CNTs 在轴向和径向上的力学性能及物化性能都有很大的不同在力学性能方面CNTs 具有极高的强度韧性和弹性模量其弹性模量可达 1 TPa 与金
刚石的弹性模量几乎相同约为钢的5
倍其弹性
应变约为
5
最高可达
12约为钢的60
倍CNTs 无论是强度还是韧性都远远优于任何纤维材料
[26]若CNTs 作为PU 的改性填料可有效地提
高材料的力学性能
Kwon 采用共混法借助超声波将HNO 3处理过的多壁碳纳米管分散于水性聚氨酯WBPU 基体中制备WBPU/A-CNTs
复合物以提高聚合物力学性能[16]A-CNTs 作为WBPU/A-CNTs 纳米复合物的
改善剂
通过溶液混合烘干制备不同质量比(99.99/0.01~98.5/1.5)的WBPU/A-CNTs
纳米复合物结果表明经酸处理的多壁碳纳米管的团聚现象减
弱并且WBPU 和A-CNTs 有较好的相容
性WBPU/A-CNTs 纳米复合物的初拉伸模和拉伸强度随A-CNTs 含量的增加而增加相对于WBPU 纳米复合物的初拉伸模量和拉伸强度分别提高了
19和
12
将A-CNTs 作为WBPU/A-CNTs 复合材料增强体可表现出良好的强度弹性抗疲劳性及各向异性随着PU
材料越来越广泛地应用到工业和日常
体系1 共价键
碳纳米管
体系2 离子键
CNT O
C C C OH + H 2N H H
H H
NH 2
DCC DMF
H H H
O CNT C N C C NH 2 + H 2O
H H
NH 2
+ OCN PU Prepolymer NCO N C N H O H
PU Prepolymer NCO
COO
O
C
O PU
H
H
N +
图2 带有
NH 2的碳纳米管作为扩链剂的原位聚合过程
第8期 赵彩霞等碳纳米管/聚氨酯功能复合材料的制备与应用
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用品中CNTs/PU 的复合材料应用前景广阔 2.2 电子材料
聚氨酯塑料在电脑外壳和电子元件领域的应用发展迅速相比于金属材料它有许多的优点如质轻便于加工廉价可大量生产然而PU 塑料作为电脑的外壳时电磁干扰是一个十分严重的问题它引起噪声信号甚至造成电子元件的失灵
目前半导体填料复合物被广泛应用于电磁屏蔽
EMIS 但是这些复合物的机械强度还达不到
要求
在各种导电填料中CNTs 是EMIS 的好的选择对象这是因为CNTs 既有增强作用又具有大的比表面对一般范围的电磁频率有很好的吸收众所周知将具有大的比表面的微小导电填料分散于聚合物中可产生EMIS 作用且随填料的体积比的增加屏蔽作用提高此外CNTs 在塑料中作为一种复合成分具有可塑性
便于材料的加工成形
Huang 以二甲基硅氧作为软段制备聚尿基聚氨酯将CNTs 与PU 复合以制备导电高分子EMIS 复合材料
[20]图3所示为不同CNTs 含量和厚度的CNTs/PU 在400 MHz 和1 300 MHz 下的电磁屏蔽作用图结果表明随着CNTs/PU 中CNTs 含量和材料厚度的增加其电磁屏蔽作用明显提高CNTs/PU 高分子复合物具有较高的拉伸强度和拉伸模量质轻和CNTs 的高比表面积因此是强度高质轻的理想EMIS
材料
电磁屏蔽作用/d B
碳纳米管质量分数/ 0 1 2 3
4 5
400MHz 400MHz 1300MHz
t 1300MHz
t
图3 不同条件下碳纳米管
/聚氨酯膜的电磁屏蔽图
2.3 智能材料
CNTs/PU 复合材料是一种电敏型形状记忆智能材料该材料是热敏型高分子材料与具有导电功能的物质的复合材料
PU 自身是热敏型形状记忆高分子材料[2728]
由于PU 由低温转变温度的软段和高热转变温度的硬段组成硬段的氨基甲酸酯链段聚集体由于分子间较强的氢键作用因而具有较高的热转变温度
在聚合物中作为固定相而软段一般由线型脂肪族聚醚或聚酯组成其热转变温度很低在聚合物中作为可逆相通过加热聚合物
超过其相变温度使形状记忆聚合物能够恢复原始形状
CNTs 管具有螺旋管状结构
根据CNTs 的直
径和螺旋角度认为大约有1/3是金属导电性的而
2/3
是半导体性的并且完美
CNTs 的电阻要比有缺陷的碳纳米管的电阻小一个数量级或更多
Cho 将CNTs 的导电性能和PU 的受热后发生相变的物理特性结合起来[29]通过将PU 和多壁碳纳米管(MWNTs)复合制得电敏形状记忆复合物MWNTs 在使用前通过硝酸和硫酸的混合酸的化学表面处理以改善聚合物和MWNTs 的界面结合作用从而制得导电形状记忆聚合物采用外加电压而不是直接加热的方式来研究CNTs/PU 导电复合物的形状恢复电压激发形状记忆作用依赖于MWNTs
的含量和MWNTs 的表面改善度表面改性的MWNTs 提高了复合物的力学性能同时MWNTs 的表面改性使复合物的导电率降低但复合物的导电率随表面改性
MWNTs 含量的增加而增加含5改性MWNTs 的试样的电导率为10 3 S cm 1表面改性MWNTs 复合物具有10.4的能量传递作用使其对电敏感而具有形状恢复功能如图4
所示
图4 电敏形状记忆碳纳米管/聚氨酯复合物
MWNTs/PU 复合材料通过电流产生的热量使体系升温致使形状回复所以既具有导电性能又具有良好的形状记忆功能该复合材料可作为小型激发器有着广泛的应用前景可作为压电功能材料如功能型电敏传感器可用于控制微型无线汽车的微型传感等 2.4 生物医学|材料
PU 在人体内耐生物老化无害不会引起炎症而且PU 的单体是氨基甲酸酯与人体蛋白质是同系物在众多的高分子材料中PU 因具有相对良好的生物相容性和优异的力学性能[30]一直被作为重要的与血液直接接触的材料用于制作人工心脏介入性气囊导管心室辅助循环系统等[3134]目前
复合材料的发展和应用 复合材料的发展和应用 具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候 论文格式论文范文毕业论文 全球复合发展概况复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电气、、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。树脂基复合材料的增强材料树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。 1、玻璃纤维目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道
的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。 2、碳纤维 3、芳纶纤维 20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。 4、超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。 5、热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的，主要有长纤维增强粒料、连
浅谈热塑性复合材料在汽车上的应用 本文阐述了热塑性复合材料在汽车上的应用。 标签：热塑性；复合材料；汽车 热塑性复合材料是以热塑性树脂为基体的复合材料。常用的热塑性树脂有聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺和聚砜等。主要的增强纤维是短玻璃纤维、碳纤维、织物纤维及其他充填物，一般纤维体积含量约为20%～30%，最大可达到40%～55%。大多数情况下，纤维及充填物无方向随机排布。纤维的主要增强效果是提高强度和耐磨性，改善基体的耐热性和蠕变抗力，使用玻璃纤维和碳纤维增强的热塑性树脂，其拉伸强度和抗弯模量可提高2倍至6倍，但冲击强度有所降低，广泛用于汽车工业、化工、电子及航空工业。 随着热塑树脂基复合材科学技术的不断成熟以及可回收用的发展，该品种的复会材料发展较快，欧美发达国家热热塑性复合材料已占到树基复合材料总量的30%以上。 1.在汽车外饰件上的应用 汽车外饰主要指汽车前后保险杠、汽车车身裙板、进气格栅、散热器面罩、外侧围、扰流板、防擦条、车门外开手柄、前后风挡玻璃等等。 在以往汽車外饰中经常使用的材料一般是热固性材料，这种材料的废弃件和边角余料经常是通过掩埋或者焚烧进行处理的，这样的处理方式会造成环境的污染问题。但是使用热塑性材料则不会出现些类似问题，热塑新材料不仅可以进行循环利用，还具有密度低、成本低、生产效率高等特点。在生产中使用这一材料代替金属材料或者是热固性材料可以实现轻量化的设计和生产，所以这种材料在汽车中的使用范围越来越广。 在过去的一段时间内，没有使用热塑性材料是因为其无法进行喷涂，而且表面的质量较差，使其无法再外饰件中广泛使用。但是经过新兴技术的不断研发，使其在外饰件中的使用成为可能，而且逐渐成为热门。 戴姆勒福莱纳车型的挡泥板和保险杠采用了30%长玻纤增强PP材料，解放J6的保险杠支架采用了40%长玻纤增强PP材料。 2.在汽车内饰件上的应用 汽车内饰系统是汽车车身的重要组成部分，而且内饰系统的设计工作量占到车造型设计工作量的60%以上，远超过汽车外形，是车身最重要的部分之一。 汽车内饰主要包括以下子系统：仪表板系统、副仪表板系统、门内护板系统、
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用 摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强, 因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carbon nanotubes（CNTs） are nanometer-sized carbon materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure，large surface area，high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertness. Selecting appropriate methods to prepare carbon nanotube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas，especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparison of the advantages and disadvantages of carbon nanotube composites，the enhancement mechanisms of the CNTs catalysts are introduced. Afterward，the lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carbon nanotube; composite; energy storage batteries; application 1 引言 碳纳米管(CNTs)在2004 年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料, 它的径向尺寸可达到纳米级, 轴向尺寸为微米级, 管的两端一般都封口, 因此它有很大的强度, 同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2 碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着
碳纳米管的性质与应用 【摘要】 本文主要介绍了碳纳米管的结构特点，制备方法，特殊性质，由于碳纳米管独特性质而产生的广泛应用，并对其前景进行展望。 【关键词】 碳纳米管场发射复合材料优良性能 【前言】 自日本NEC科学家Lijima发现碳纳米管以来，碳纳米管研究一直是国际新材料领域研究的热点。由于碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等，故其在许多领域具有其广阔的应用前景，自问世以来即引起广泛关注。目前，国内外有许多科学家对碳纳米管进行研究，科研成果颇丰，尤其是碳纳米管在复合材料、储氢及催化等领域的应用。 【正文】 一、碳纳米管的结构 碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3杂化键，即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，而这些p 轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π 键，碳纳米管外表面的大π 键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础[1]。 对多壁碳纳米管的光电子能谱研究结果表明，不论单壁碳纳米管还是多壁碳纳米管，其表面都结合有一定的官能基团，而且不同制备方法获得的碳纳米管由于制备方法各异，后处理过程不同而具有不同的表面结构。一般来讲，单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些，而多壁碳纳米管表面要活泼得多，结合有大量的表面基团，如羧基等。以变角X 光电子能谱对碳纳米管的表面检测结果表明，单壁碳纳米管表面具有化学惰性，化学结构比较简单，而且随着碳纳米管管壁层数的增加，缺陷和化学反应性增强，表面化学结构趋向复杂化。内层碳原子的化学结构比较单一，外层碳原子的化学组成比较复杂，而且外层碳原子上往往沉积有大量的无定形碳。由于具有物理结构和化学结构的不均匀性，碳
木塑复合材料 摘要：木塑复合材料具有比单独的木质材料和塑料产品更优异的品质，是实木的理想替代品，它的出现可以减少废弃木料和塑料对环境的污染，也适应现代材料复合化发展的规律。本文介绍了木塑复合材料的定义、特点、加工工艺、分类和应用以及未来发展的趋势，并对木塑复合材料的优缺点进行了分析，充分肯定了发展木塑复合材料的必要性和可行性。 关键词：木塑；性能；加工工艺；分类；应用；发展趋势 随着森林资源的减少，木材供应量逐渐下降，已不能满足人们的生产生活需要。同时，塑料制品废旧物的处理也日益成为一个急待解决的环境问题。一种新型材料——木塑复合材料成为木材的理想代用品。木塑复合材料系使用木粉或植物纤维超高份额填充热塑性塑料树脂或热塑性塑料再生料，添加部分相关改性剂，经挤出成型为板材、型材、管材而成。此类产品可替代相应木制品，人们由此可节约大量的森林资源，处理掉大量的废旧塑料及木材加工中产生的废弃木粉，故可大大有利于保护并改善生态环境，是符合2l世纪发展方向的环保型化工新材料。 1 木塑复合材料定义及特点 1.1 木塑复合材料的定义 木塑复合材料是以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、谷糠、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸杆等初级生物质材料为主原料，利用高分子界面化学原理和塑料填充改性的特点，配混一定比例的塑料基料，经特殊工艺处理后加工成型的一种可逆性循环利用、涵盖面广、产品种类多、形态结构多样的基础性材料，目前国内外对此称谓不一，也有将其称之为：塑木、环保木、科技木、再生木、聚合木、聚保木、塑美木或保利木，英文名称：Wood-Plastic Composites,缩写为WPC。一般说来，以生物质材料为基添加一定比例的塑料原料制成的材料，或以塑料原料为基添加一定比例的生物质材料制成的材料，均可称为木塑复合材料。 1.2 木塑复合材料的特点： (1)原料资源化，其生物质材料部分基本分为废弃物利用，来源广泛，价值低廉；塑料组分要求不高，新、旧料或混合料均可，充分体现了资源的综合利用和有效利用； (2)产品可塑化，木塑产品为人工整体合成制品，可根据使用要求随机调整产品工艺和配方，从而生产出不同性能和形状的材料，其型材利用率接近100%； (3)应用环保化，木塑材料的木/塑基料及其常用助剂均环保安全，无毒无害，其生产加工过程中也不会产生副作用，故对人体和环境均不构成任何危害； (4)成本经济化，即木塑制品实现了低价值材料向高附加值产品的转移，不仅维护费用极低，而且产品寿命数倍于普通天然木材，综合比较具有明显的经济优势； (5)回收再生化，即木塑材料的报废产品及回收废品均可100%的再生利用，且不会影响产品使用性能，能够真正实现“减量化、再生化、资源化”的循环经济模式。
第14卷 第2期邵阳高等专科学校学报Vol.14.No.2 2001年6月Journal of Shaoyang College J un.2001文章编号:1009-2439(2001)02-0081-10 碳纳米管的结构、制备、物性和应用 唐东升1 唐成名2 刘朝晖3 解思深1 (①中国科学院物理研究所与凝聚态中心,北京 100080) (② 邵阳高等专科学校,湖南邵阳 422004) (③ 南华大学现代教育技术中心,湖南衡阳 430000) 摘要:综述了碳纳米管的研究进展,简单地介绍了单层碳纳米管和多层碳纳米管的基本形貌、结构及其表征,列举了几种主要的制备方法以及特点,介绍了碳纳米管优异的物理化学性质,以及在各个领域中潜在的应用前景. 关键词:碳纳米管;结构;制备;应用;透射电子显微镜;扫描电子显微镜 中图分类号:O469 文献标识码:A 碳是自然界中性质最为独特的一种元素,它通过不同的成键方式所形成结构和性质迥异的同素异形体(石墨和金刚石),在很久以前就被人类所认识:当碳原子与四个近邻原子以共价键结合(sp3杂化)时,形成各向同性坚硬的金刚石,而当碳原子在同一平面内与三个近邻原子以共价键结合而第四个价电子成为共有化电子(sp2杂化)时,形成各向异性柔软的石墨.以sp2杂化模式成键的石墨具有六角网格的层状结构,层内是通过强共价键相互作用,而层与层之间是通过弱范德瓦耳斯键相互作用.在常压下石墨一直到很高的温度仍是碳的热力学稳定的体相(金刚石仅仅是动力学稳定的体相).然而随着人类对物质世界的认识深入到介观层次(～100nm)时,这种古老的元素呈现出全新的结构和物性,比如当石墨微晶的尺寸很小(比如纳米量级)时,情况就和体相很不一样了,因为此时每个石墨微晶中只有有限数目的碳原子,具有悬挂键的碳原子的密度会很大,这时石墨的层状结构就会弯曲封闭,以至边缘的具有悬挂键的碳原子相互结合成键使得系统的能量最低.这种由石墨原于层弯曲构成的闭合的壳层结构就是我们所要讨论的富勒烯和碳纳米管. 1984年爱克森(Exxon)石油公司一个小组在研究碳团簇时得到了如下结论[1]对于1≤n≤30奇数与偶数的C n都是存在的;(2)对于20≤n≤90只有C2n形式存在.他们认为碳原子链可以达到24个原子.遗憾的是他们并没有对较大的团簇做进一步的研究.一年之后英国Sussex大学的克罗托教授到美国Rice大学与柯尔(R.F.Curl)和斯莫利(R.E.Smalley)进行合作研究.他们认为宇宙空间存在的反常红外吸收可能与空间存在的碳团簇有关.于是他们利用一台激光蒸发团簇束的实验设备来制备长链碳分子.在对合成的所谓长链碳分子进行测量时,出人意料的结果出现了,在碳原子簇的质谱图上质量数为720的地方存在一个强峰,其强度为其它峰强度的30倍[3].在对实验结果的反复论证和分析后,他们提出了由60个碳原子组成的具有类似于足球形状的截角二十面体的完美对称性结构.在这个结构中60个碳原子位于此截面体的60个顶点上.而32个面分别由20个六面体及12个五面体组成,五面体各不相邻.在此笼状结构中碳原子没有悬键,因而能量低结构稳定.各个原子成键情况完全相同.随后的一系列实验证实了这些设想.这样,在碳的家族中,又增加了新的一员-C60[2～5],三位教授因此获得了1996年诺贝尔化学奖. 此后两项工作引起了世界范围内研究富勒烯(C60)的热潮:(1)1990年,德国马普研究所的克莱希墨(W. Kratschmer)教授和美国亚历桑那大学的霍夫曼(D.R.Huffman)教授从石墨棒电弧放电产生的烟灰中分离出毫克级的C60,并得到了C60单晶[6].这一重大进展为进一步研究C60的性质和应用打下了坚实的基础.(2)海顿(R. C.Haddon)教授等人发现碱金属掺杂后形成的M3C60具有较高的超导转变温度(T c～33K)[7].于是大家纷纷用与克莱希墨类似的方法从放电烟灰中制备C60[8～12],并进行掺杂研究,但很少有人对放电过程中阴极上形成的沉积物产生兴趣.碳的管状物虽然早有报道,但由于管径较大没有受到人们的重视[13,14].日本NEC公司的饭岛(S.Iijima)教授是一名杰出的电镜专家,在对碳材料的研究方面具有相当丰富的经验[15].他第一个对石墨棒放电所形成的阴极沉积物仔细地进行了电镜研究,他发现有一种针状物,这种针状物的直径为4～30nm,长度约为 收稿日期:2001-01-15
复合材料的发展及应用 随着科学技术迅速发展，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料性能提出越来越高,越来越严和越来越多的要求。在许多方面，传统的单一材料已不能满足实际需要。这时候复合材料就出现在了这百家争鸣的舞台上。 基本概论 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。此定义来自ISO。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。从上述定义中可以看出，复合材料是两个或多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固体时才称为复合材料。所以我们可根据增强材料与基体材料的名称来给复合材料命名，增强基体复合材料。如：玻璃钎维环氧树脂复合材料，可写作玻璃/环氧复合材 料。 分类与性能 按增强材料形态分类可分为（1）连续纤维复合材料；（2）短纤维复合材料；（3）粒状填料复合材料；（4）编织复合材料。按增强纤维种类分类可分为（1)玻璃纤维复合材料；（2）碳纤维复合材料；（3）有机，金属，陶瓷纤维复合材料。在此篇文章中主要讨论以基体材料分类的几种复合材料。1.聚合物基复合材料——比强度，比模量大；耐疲劳性好；减震性好；过载时安全性好；具有多种功能性；
有很好的加工工艺性。2金属基复合材料——高比强度，高比模量；导热，导电性能；热膨胀系数小，尺寸稳定性好；良好的高温性能；耐磨性好；良好的疲劳性能和断裂韧性；不吸潮，不老化，气密性好。此外还有陶瓷，水泥基复合材料，都有与上类似的特点。 基体材料 一：金属材料 选择基体的原则：使用要求，组成特点，基体金属与增强物的相 容性。 结构复合材料的基体：450℃以下的轻金属基体（“铝基和镁基”用于航天飞机，人造卫星，空间站，汽车发动机零件，刹车盘等）；450-700℃的复合材料的金属基体（“钛合金”用于航天发动机）；1000℃以上的高温复合材料的金属基体（“镍基，铁基耐热合金和金属间化合物”用于燃气轮机）。 二：陶瓷材料 陶瓷是金属和非金属元素的固体化合物，其键合为共价键或离子键，与金属不同，它们不含有大量的电子。一般而言，陶瓷具有比金属更高的熔点和硬度，化学性质非常稳定，耐热性，抗老化性皆佳。常用的陶瓷基体主要包括玻璃（无机材料高温烧结），玻璃陶瓷，氧化物陶瓷（MgO，Al2O3，SiO2，莫来石等），非氧化物陶瓷（氮化物，碳化物，硼化物和硅化物等）。 三：聚合物材料
摘要：热塑性复合材料因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。热塑性复合材料如果想继续扩大在民机上的应用，必须进入机体主承力构件，然而，热塑性应用于主承力构件还三个挑战，即原材料成本高，铺放工艺缓慢，以及预浸料粘性问题。 关键词：热塑性复合材料碳纤维机体内饰主承力结构 热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳烃纤维及其它材料增强各种热塑性树脂所形成的复合材料，因具有韧性、耐蚀性和抗疲劳性高，成形工艺简单、周期短，材料利用率高，预浸料存放环境与时间无限制等优异性能而得到快速发展，并逐渐进入航空制造领域。尤其是近年来，在欧盟以及空客、福克航宇等航空制造企业的强力推动下，热塑性复合材料在民机上频频崭露头角，在一些部件上成为热固性复合材料的有力竞争对手。 1 热塑性复合材料的民机应用潜质 以聚苯硫醚（PPS）,聚醚酰亚胺（PEI）,聚醚醚酮（PEEK）和聚醚酮酮（PEKK）为基体的先进增强热塑性复合材料（TPC），具备高刚度、低加工成本和重新加工能力，拥有良好的阻燃、低烟和无毒（FST）性能，固化周期可以以分钟记，且其成形过程是天生的非热压罐工艺。这些固有属性使其成为轻质、低成本航空结构的理想材料。为西科斯基公司直升机提供大型热塑性复合材料地板的纤维锻造公司提供了如下一组数据：热塑性复合材料比钢轻60%，硬度是其6倍；比铝轻30%；比热固性复合材料强韧2倍；比注射模塑塑料硬5倍；在生产中比板材少60%碎屑。 上述性能特点和数据对比表明，热塑性复合材料是一种天生的航空结构材料，并且在民机应用上拥有巨大的潜质，甚至可能在未来为航空复合材料制造带来一场热塑性革命。 2 热塑性复合材料在民机上的典型应用 目前，热塑性复合材料（TPC）在民机上的应用主要体现在机体结构件和内饰件上，这其中，碳纤维增强PPS的TPC占大多数。 2.1 机体结构件 机体结构件中，TPC主要应用在地板、前缘、控制面和尾翼零件上，这些零件都是外形比较简单的次承力构件。空客A380客机、空客A350客机、湾流G650公务机和阿古斯塔·韦斯特兰AW169直升机都是热塑性机体结构件的应用大户。 空客A380客机上最重要的热塑性复合材料结构件是玻璃纤维/PPS材料的机翼固定前缘。每个机翼有8个固定前缘构件，其中热塑性材料占到了整个用料的三分之二。在固定前缘蒙皮的纤维铺放中，制造商福克航空结构公司选择了先进的超声点焊作为铺放设备的加热系统。
碳纳米管及其应用新领域摘要：综述了碳纳米管材料独特性能及其应用潜力，详细说明了碳纳米管材料在各种应用领域中的巨大应用前景，包括高强度复合材料、微机械、信息存储、纳米电子器件等。关键词：碳纳米管的性能，碳纳米管的应用新领域，储氮材料，复合材料，信息存储，碳纳米电子学 前言：碳纳米管具有典型的层状中空结构特征，构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。由于其独特的结构，碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值。 一、碳纳米管的性能 碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。力学性能 由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。 碳纳米管具有良好的力学性能，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。 导电性能 碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域n键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。 碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。对于一个给定的纳米管，在某个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于这个的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1 万倍。传热性能 碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs 具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。 二、碳纳米管电子学的应用 碳纳米电子管（eNTs是一种具有显著电子、机械和化学特性的独特材料。其导电能力不同于普通的导体。性能方面的区别取决于应用，也许是优点，也许是缺点，也许是机会。在一理想纳米碳管内，电传导以低温漂轨道传播的，如果电子管能无缝交接，低温漂是计算机芯片的优点。诸如电连接等的混乱极大地修改了这—行为。对十较慢的模拟信号的处理速度，四周环绕着平向球分子的碳纳米管充当传播者已被实验让实。在后门将有碳的纳米管穿过两根金导线证明了场效应分子晶体管，近来证实逻辑电路的难题 遇到了静电掺杂碳纳米管。碳纳米管的掺杂质可使用化学方法来完成。CMOS类型变极器有 n型和p型掺杂两种。这项工作用达到10A5的开关比率且具有高增益的晶体管电阻逻辑以实验证明了变极器和或非电路的性能。显然，通过适当地排列碳纳米管晶体管顺序可实现与、
碳纳米管的制备及其应用进展 10710030133 周健波 摘要：本文通过对新型化工材料碳纳米管的结构以及制备方法的介绍，并说明了制备纳米管方法有石墨电弧法、激光蒸发法、催化热解法等技术。同时也叙述了碳纳米管在力学性能、光学性能、电磁学性能等性能的研究及其应用。 关键词：碳纳米管制备结构石墨电弧法应用 1.引言 1991年日本科学家IIJI MA发现了碳纳米管（Carbon nanotube , CNT）, 开辟了碳科学发展的新空间. 碳纳米管具有机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等特点,以及特殊的机械、物理、化学性能,在工程材料、催化、吸附分离、储能器件电极材料等诸多领域得到了广泛应用。 2.碳纳米管的结构 碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主, 与相邻的3个碳原子相连,形成六角形网格结构,但此六角形网格结构会产生一定的弯曲, 可形成一定的sp3杂化键。 单壁碳纳米管( SW CNT )的直径在零点几纳米到几纳米之间,长度可达几十微米;多壁碳纳米管(MW CNT)的直径在几纳米到几十纳米之间长度可达几毫米,层与层之间保持固定的间距,与石墨的层间距相当,约为0 . 134 nm。碳纳米管同一层的碳管内原子间有很强的键合力和极高的同轴向性,可看作是轴向具有周期性的一维晶体，其晶体结构为密排六方, 被认为是理想的一维材料。 碳纳米管可看成是由石墨片层绕中心轴卷曲而成, 卷曲时石墨片层中保持不变的六边形网格与碳纳米管轴向之间可能会出现夹角即螺旋角.当螺旋角为零时, 碳纳米管中的网格不产生螺旋而不具有手性, 称之为锯齿型碳纳米管或扶手型碳纳米管;当碳纳米管中的网格产生螺旋现象而具有手性时,称为螺旋型碳纳米管。随着直径与螺旋角的不同, 碳纳米管可表现出金属性或半导体性。 3.碳纳米管的制备方法 3.1石墨电弧法
常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。 电弧放电法 碳纳米管制备 电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电 法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。电弧放电法的具体过程是：将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。在 这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳 米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以调节几种产物的相对产量。使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难 得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。此外该方法反应消耗能量太大。有些研究人员发现，如果采用熔融的氯化锂作为阳极，可以有效地降低反应中消耗的能量，产物纯化也比较容易。 发展出了化学气相沉积法，或称为碳氢气体热解法，在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在800~1200度的条件下，气态 烃可以分解生成碳纳米管。这种方法突出的优点是残余反应物为气体，可以离开反应体系，得到纯度比较高的碳纳米管，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量。但是制得 的碳纳米管管径不整齐，形状不规则，并且在制备过程中必须要用到催化剂。这种方法的主要研究方向是希望通过控制模板上催化剂的排列方式来控制生成的碳纳米管的结构，已经取得了一定进展。 激光烧蚀法 激光烧蚀法的具体过程是：在一长条石英管中间放置一根金属催化剂/石墨混合的石墨靶，该管则置于一加热炉内。当炉温升至一定温度时，将惰性气体冲入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。在激光照射下生成气态碳，这些气态碳和催化剂粒子被气流从高温区带向低温区时，在催化剂的作用下生长成CNTs。 固相热解法
植物纤维的现状及其发展前景 植物纤维的现状及其发展前景 植物纤维用于复合材料的潜在优势越来越引起人们的注意,它价格低廉,密度小,具有较高的弹性模量,与无机纤维相近,而它的生物 降解性和可再生性是最突出的优点,是其它任何增强材料无法比拟的;另一方面,植物纤维与通用塑料共混制得的塑料是不完全生物降解的,即在微生物作用下,合成高分子仅能被分解为散乱碎片,这种材料使 用后仍会对环境带来负面影响,因而植物纤维在全生物降解、复合材料中得到了重视并迅速发展。国外采用植物纤维改性的复合材料,已经在汽车内部装饰、室内外装修饰材、建筑结构部件等一些领域有 广泛的应用。但国内的研究发展相对较落后,近年来对植物纤维复合材料的研究有了较大的进展,特别是对生物降解材料的复合已成为研究开发的热点。本文综述了植物纤维改性高分子材料的一些性能变化，影响植物纤维复合材料综合性能的因素以及植物纤维的发展前景。 1.不同种类的植物纤维复合材料 植物纤维与高分子材料制备的复合材料中,采用的天然植物纤维主要有麻蕉、黄麻、xx、亚麻、剑麻等麻类材料及木材、竹材、棉 纤维、纸浆纤维等。材料形态主要是纤维态和粉态。麻纤维由于强 度好、可再生等优点,用来增强聚烯烃塑料用于汽车内饰及部件,在 欧洲汽车工业已广泛应用。随着各行各业对环保的关注,用天然麻类纤维与高分子材料制备复合材料的研究较多,而使用木纤维或木粉与高分子材料制备复合材料的研究相对较少。就生物降解材料而言目 前研究较多的是PLA。PLA结晶温度介于170~180℃之间,其力学性 能接近于聚丙烯和聚酯树脂,所以其复合材料具有较高强度,某些性 能接近于天然植物纤维/聚丙烯复合材料。椰纤维和竹纤维同样具有非常好的力学性能,具有较高的韧性,也比较适合作增强材料。
碳纳米管的制备方法 摘要：本文简单介绍了碳纳米管的结构性能，主要介绍碳纳米管的制备方 法， 包括石墨电弧法、催化裂解法，激光蒸发法等方法,也对各种制备方法的优缺 点进行 了阐述。 关键词：碳纳米管制备方法 Preparation of carbon nanotubes Abstract： The structure and performance of carbon nanotubes are briefly introduced, and some synthesis methods, including graphite arc discharge method, catalytic cracking method, laser evaporation method and so on, are reviewed. And the advantages and disadvantages of various preparation methods are also described. Key words：carbon nanotubes methods of preparation 纳米材料被誉为是21世纪最重要材料，是构成未来智能社会的四大支柱之一 ,而碳纳米管是纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。碳纳米管是碳 的一种同素异形体，它包涵了大多数物质的性质，甚至是两种相对立的性质，如从高 硬度到高韧性，从全吸光到全透光、从绝热到良导热、绝缘体/半导体/高导体和高临界温度的超导体等。正是由于碳纳米材料具有这些奇异的特性，被发现的短短十几年
来，已经广泛影响了物理、化学、材料等众多科学领域并显示出巨大的潜在应用前景。 碳纳米管又名巴基管，即管状的纳米级石墨晶体。它具有典型的层状中空结构， 构成碳纳米管的层片之间存在一定夹角，管身是准圆筒结构，并且大多数由五边形截 面组成，端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构。是一种具有特殊结构（径向 尺寸为纳米量级、轴向尺寸为微米两级，管子两端基本上都封口）的一维纳米材料。 碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTS)和单壁碳纳米管（SWNTS）两种形式。单层碳纳米管结构模型如图1所示。理想的多层碳纳米管可看成多个直径不等的单层管同轴套构而成，层数可以从二层到几十层，层与层之间保持固定距离约为0.34nm，直径一般为2~20nm.但实际制备的碳纳米管并不完全是直的或直径均匀的，而是局部 1 区域出现凸凹弯曲现象，有时会出现各种形状如L、T、Y形管等。研究认为所有这 些形状的出现是由于碳六边形网络中引入五边形和七边形缺陷所致。五边形的引入引 起正弯曲，七边形的引入引起负弯曲。
复合材料的发展和应用的论文 全球复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商ppg公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国gdp增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达万吨，汽车等领域的用量仅为万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。 另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。 树脂基复合材料的增强材料 树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。 1、玻璃纤维 目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃
复合材料的发展和应用(1) 全球复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，20XX年欧洲的复
合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。20XX年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，20XX年的总产量约为145万吨，预计20XX年总产量将达180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。20XX年美国汽车零件的复合材料用量达万吨，欧洲汽车复合材料用量到20XX年估计可达万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在20XX年的用量达万吨，汽车等领域的用量仅为万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强，因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carb on nano tubes(CNTs) are nano meter-sized carb on materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure large surface area high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertn ess. Selecti ng appropriate methods to prepare carb on nano tube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparis on of the adva ntages and disadva ntages of carb on nano tube composites the enhan ceme nt mecha ni sms of the CNTs catalysts are in troduced. Afterwardthe lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carb on nano tube; composite; en ergy storage batteries; applicati on 1引言 碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料,它 的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价，储锂的容量增大；第三，碳纳米管具有良好的导