碳纳米管复合材料的研究现状
摘要：自从上个世纪末纳米技术的出现，纳米材料的独特性能引起人们的广泛关注。把纳米材料与高分子材料复合，制备高性能和功能化的复合材料成为高分子材料领域的热点之一。作为纳米材料领域之一的碳纳米管（CNTs）具有独特的物理性能，是一种具有纳米直径的管状碳纤维，它具有超强的韧性和强度以及优异的导电性能。通过不同的复合方法可制备出增强、导电和电磁屏蔽的优异性能的材料，具有广泛的应用前景。
本论文通过不同的方法制备了不同高分子基碳纳米管复合材料，研究了CNTs在基体中分散状况和复合材料的力学、热学和导电性能，并探讨了CNTs对复合材料的结构和性能的影响。
关键词：纳米材料；碳纳米管；复合材料；
纳米材料是指平均粒径在纳米级（1-100nm）范围内的固体材料的总称。而作为其中重要的一个部分则是聚合物/无机纳米粒子复合材料，一般是指以有机高分子聚合物为连续相与纳米粒子进行复合而得到的复合材料。这种材料能够充分的结合高分子材料以及纳米粒子所具有的特性，大大的扩展了高分子材料的应用领域，而成为纳米材料里的研究热门。
一、纳米材料的特性
1992年国际纳米材料会议对纳米材料定义如下:一相任一维的尺寸达到
100nm以下的材料为纳米材料。由此可知,纳米材料的几何形状既可以是粒径小于100nm的零维纳米粉末,也可以是径向尺寸小于100nm的一维纳米纤维或二维纳米膜、三维纳米块体等。纳米材料的材质可以是金属或非金属;相结构可以是单相或多相;原子排列可以是晶态或非晶态。当物质进入纳米级后,其在催化、光、电、热力学等方面都出现特异化,这种现象被称为“纳米效应”。具体表现在以下几个方面：
1. 表面效应
固体颗粒的比表面积与其粒径的关系可由下式表示:
Sw=k/ρD (1-1)
式中Sw—粒子的比表面积;k—形状因子(球形和立方体粒子的K为6);ρ—粒子
的理论密度;D—粒子的平均直径。
纳米粒子具有极高的活性,很容易与其它原子相结合而出现一些非常规现象,如金属的纳米粒子在空气中会燃烧,无机纳米粒子暴露在空气中会吸附气体,并与气体发生反应等。在催化领域，纳米粒子作为载体，能使活性组分高度分散，可以大大降低催化剂的成本，而在超级双电层电容器中，用碳纳米管制备的电极具有很高的比表面积，能显著的提高双电层的电容量。
2. 量子效应
量子效应是指当粒子尺寸减小到某一临界值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续状态变为离散态的现象。纳米半导体微粒存在不连续的被占据的最高分子轨道能级，也存在未被占据的最低的分子轨道能级，所以纳米微粒的催化、电磁、光学、热学和超导等微观特性同宏观块体材料显著不同。如当金属被细分到小于光波波长时,就失去原有的光泽而呈黑色，尺寸越小,颜色越黑。因此,金属超细微颗粒对光的反射率很低。利用此特性可以作为高效率的光热、光电等变换材料,可以高效地将太阳能转变为热能和电能。此外,还可用于红外敏感元件、红外隐身技术等。
3. 小尺寸效应
在0.1nm-100nm的纳米尺寸范围内，物性系统会因其结构和组成的尺寸达到纳米级而呈现出异常的物理、化学和生物特性，这种特性叫做纳米材料的小尺寸效应。例如：平均粒径为40nm的铜粒子的熔点由原来的1083℃降至750℃；块状黄金的熔点为1063℃，当黄金的颗粒尺寸减小到3nm时，则其熔点降至原来的一半。
二、纳米材料在高分子复合材料中的应用
1. 高分子纳米复合材料的制备方法
(1)插层复合
插层复合法的原理以层状硅酸盐粘土-蒙脱土(MMT)插层PA6为例,插层复合法主要有两种:一是插层聚合法,即先将聚合物单体分散,与经插层剂处理的层状硅酸盐混合,然后原位聚合,利用聚合时放出的热量,使其剥离成厚约1nm、长宽均约100nm的层状硅酸盐基本单元,均匀分散在聚合物基体中,实现高分子与硅酸盐在纳米尺度上的复合,但该法只合适制备粘土型复合材料而不能广泛使用。
二是聚合物插层,即将聚合物熔体或溶液与硅酸盐混合,利用力学或热力学作用使层状硅酸盐剥离成纳米尺度的片层并均匀分散在聚合物基体中形成纳米复合材料。其中聚合物熔融插层是聚合物在高于其软化温度下加热,在静止或剪切力作用下直接插层进入硅酸盐片层间,无需溶剂，易于工业化生产，有很大的应用前景。
(2)共混法
共混法是通过溶液共混、乳液共混与溶液共混、熔融共混和机械共混等4
种方式制得纳米复合材料,此法是制备纳米复合材料最简单的方法,适合各种形态的纳米粒子。共混法将纳米粒子与材料的合成分步进行,可控制粒子状态、尺寸。其难点是粒子的分散问题,由于纳米粒子比表面积大和比表面能极大,因此,极易发生团聚,难以保证纳米粒子在聚合物基体中的均匀分散,失去纳米粒子的特殊性质,控制粒子微区相尺寸及尺寸分布,共混前对纳米粒子的表面处理是其成败的关键。
(3)原位聚合法
原位聚合法就是将经过表面处理的纳米粒子加入到单体中,混合均匀,然后在适当条件引发单体聚合,从而制得聚合物基纳米复合材料。原聚合方式有悬浮聚合、分散聚合和乳液聚合等。Shang S.W.等通过丙烯酸酯表面处理SiO2纳米粒子，然后加入到EVA单体中进行原位聚合制得EVA/SiO2复合材料。原位聚合法在磁性高分子微球和非线性光学材料的制备中有广泛的应用。此法操作简单,在原位填充过程中，基体只经一次聚合成型，不须加工，避免由此产生的热降解，从而保证各种性能的稳定。
(4)溶胶-凝胶法(Sol-Gel)
Sol-Gel过程是将烷氧金属或金属盐等前驱物质(水溶性盐或油溶性醇盐)
溶于水或有机溶剂中形成均质溶液,溶质发生水解反应形成纳米粒子并形成溶胶,缩聚形成凝胶,再经溶剂挥发或加热等方法处理制成固体样品的方法。溶胶-凝胶法大概可分为3种情况:(1)把前驱体溶解在预形成的聚合物溶液中,在酸、碱或某些盐的催化作用下,让前驱物水解,形成半互穿网络;(2)把前驱物和聚合物单体溶解在溶剂中,让水解和单体聚合同时进行。这样使一些完全不溶的聚合物靠原位生成而均匀地嵌入无机网络;(3)在上述的聚合物或单体中,可以引入能与无
机组分形成化学键的基团,增加有机与无机组份之间的相互作用。Sol-Gel法合成的纳米复合材料中有机、无机分子混合均匀,产物材料的成分能够精密控制,
工艺过程温度低,材料纯度高。该法的特点是可在温和条件下进行,两相分散均匀,通过低温化学手段在相当小的尺寸范围内能够裁剪和控制材料的显微结构,使其均匀性达到显微米级、纳米级甚至分子级水平。陈艳等采用溶胶-凝胶法制备了聚酰亚胺/SiO2纳米复合材料。该法存在的最大问题是在凝胶干燥过程中,由于溶剂、小分子、水的挥发可能导致材料收缩脆裂,而且,有机金属氧化物交联成网状结构,不利于加工,需要经过剪裁合成预期骨架结构,故在一定范围内限制了此法的使用。
2. 聚合物基纳米复合材料的性能及应用
聚合物材料如塑料、纤维、橡胶、树脂等本身由于强度较弱或功能单一限制了它的应用范围，但是经与纳米材料复合后，不但可以增强而且具有许多功能性特征，如光、电磁等。
(1) 力学性能
许多聚合物基纳米材料有优越的力学性能,纳米粒子的加入明显改善了材料的韧性和强度。Messersmith等研究表明,环氧树脂MMT纳米复合材料的机械性能有明显提高,其储能模量在玻璃化区提高60%,在橡胶化区提高450%,这在传统的微米或更大颗粒填料填充的环氧树脂是远远达不到的。Eckcert等将按一定比例混合的微米级的铁和铜的粉末,与环氧树脂混合制成的类金刚石刀片,具有极
高硬度。李同年等制备聚酰胺/ＭＭＴ纳米复合材料,在MMT很少的情况下
(<5wt%),该材料强度和模量均有显著提高,并且材料的冲击强度并没有向传统填充物那样下降，抗张模量和存储模量均随MMT含量增加而增加。Pinnavia[14]
等人制备了PEO/硅酸盐纳米复合材料，研究发现在玻璃化温度附近，由于纳米材料的改性，复合材料的强度和模量提高了近10倍。
(2) 电学性能
许多聚合物基纳米材料有较好的电学性能,将绝缘高聚物、导电高聚物和高聚物电解质等高聚物与绝缘体、半导体、离子导体等不同电学特性的层状无机物复合,制得的高聚物/无机物层插型纳米复合材料,具有新的电学性能,可以作电气、电子及光电产品的材料。例如，聚苯胺和聚吡咯等电活性聚合物嵌入到层状
黏土矿物中可形成的纳米聚合物基复合材料，它具有各向异性的电导性，模平面内电导性为垂直于模方向的103~105倍。
(3) 其他性能
如聚合物复合ZnS:Cu纳米微粒,由于铜的掺杂,其光致发光峰位相对于纯ZnS微粒左移,得到具有较窄带宽的紫色光致荧光,实现了聚合物基纳米复合材
料的电致发光。金属、铁氧体等纳米粒子与高聚物形成复合材料,能够吸收和衰减电磁波和声波,减少反射和散射,如将Fe2O3和Fe3O4纳米粒子与聚苯胺复合制得的铁磁性纳米复合材料在电磁隐身和声波隐身方面有重要应用。
3．碳纳米管在高分子复合材料领域的应用
经过各国科学家近10年的研究,对碳纳米管的物理、化学、导电性能、热学性能、电子学等方面有了较深刻的了解,在基础研究和应用领域都取得了重要进展。其高强度(大约是钢的100倍而质量只有钢的1/6)的特性使它可作为超细高强度纤维,也可作为其它纤维、金属、陶瓷等的增强材料。其独特的导电性(约
1/3数量的单层碳纳米管可看成这种一维金属;另一类为半导体,2/3数量的碳管则可看成一维半导体)使碳纳米管可用于大规模集成电路、超导线材,也可用于电池电极和半导体器件。若能将药物储存在碳纳米管中,并通过一定的机制来激发药剂的释放,则可控药剂释放有可能变为现实。同时,碳纳米管是很好的储氢材料,可用作氢燃料汽车的燃料“储存箱”。这里主要介绍其在高分子复合材料领域的应用。
（1）导电塑料(聚脂)
将碳纳米管均匀地扩散到塑料中,可获得强度更高并具有导电性能的塑料,
可用于静电喷涂和静电消除材料,目前高档汽车的塑料零件由于采用了这种材料,可用普通塑料取代原用的工程塑料,简化制造工艺,降低了成本,并获得形状更复杂、强度更高、表面更美观的塑料零部件,是静电喷涂塑料(聚脂)的发展方向。同时由于碳纳米管复合材料具有良好的导电性能,不会象绝缘塑料产生静电堆积,因此是用于静电消除、晶片加工、磁盘制造及洁净空间等领域的理想材料。碳纳米管还有静电屏蔽功能,由于电子设备外壳可消除外部静电对设备的干扰,保证
电子设备正常工作。
（2）电磁干扰屏蔽材料及隐形材料
由于特殊的结构和介电性质,碳纳米管表现出较强的宽带微波吸收性能,它
同时还具有质量轻、导电性可调变、高温抗氧化性能强和稳定性好等特点,是一种有前途的理想微波吸收剂,可用于隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用的主要原因有两点:一方面由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长,因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多,这就大大减少波的反射率,使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱,从而达到隐身的作用;另一方面,纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级,对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多,这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低,因此很难发现被探测目标,起到
了隐身作用。由于发射到该材料表面的电磁波被吸收,不产生反射,因此而达到隐形效果。
（3）增强材料
Qian等通过高能超声用溶液蒸发法制备了分散性较好的CNTs/聚苯乙烯(PS)复合材料膜,1%(wt)的添加量,使得弹性模量增大36%～42%,断裂应力增长25%,
而用碳纤维增强达到同样效果需添加10%(wt)量。
三、小结
高分子改性是制备高性能高分子材料的有效途径之一，纳米材料和纳米技术的问世为其开辟了新的途径。碳纳米管作为一种具有独特的结构和优异的机械性能和物理性能的纳米材料，在制备结构增强性高分子材料和具有光、电以及磁等功能性材料方面具有很好的应用前景。本论文对纳米材料和作为纳米材料之一的碳纳米管的特性及在高分子材料改性技术中的应用做了系统的介绍。
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09753班学生材料科学前沿论文题目（每人一题，错一字扣一分） 1、宇航用耐高温材料研究的新进展 2、高温相变换热材料的研究进展和应用 3、相变材料的研究进展及其在建筑领域的应用综述 4、复合材料在航空航天中的应用 5、浅谈航空新材料与飞机、发动机的发展 6、复合材料研究新进展 7、贵金属复合材料的成就与展望-贵金属复合材料体系 8、高温低热导率隔热材料的研究现状及进展 9、高温气凝胶超级绝热材料的研究现状 10、低温储能材料的制备及其影响因素 11、低温聚合物基复合材料研究进展 12、碳纤维及其复合材料的发展与应用 13、碳纤维复合材料在高新技术领域中的应用 14、泡沫铝材的生产及工艺研究进展 15、碳纤维复合材料在航空和汽车领域中的应用 16、原位合成钛基复合材料的最新进展 17、SiC纤维增强钛基复合材料界面强度研究进展 18、原位自生非连续增强钛基复合材料的研究现状与展望 19、超声波电镀镍及镍基复合镀层的研究进展 20、金属基复合材料涂层摩擦学的研究进展 21、金属基纳米复合材料的研究进展 22、晶须增强铝、镁金属基复合材料的研究进展 23、超轻镁锂基合金及其复合材料研究进展 24、镁基复合材料制备技术、性能及应用发展概况 25、镁基储氢复合材料的研究进展 26、纳米复合镁基储氢材料的研究进展 27、金属基复合材料蠕变性能的研究现状和展望 28、碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状及展望 29、定向金属氧化法制备Al／Al2O3陶瓷基复合材料研究现状 30、基于产品生命周期的绿色制造技术研究现状与展望 31、碳纤维铜基复合材料的最新研究进展和应用 32、点焊电极用铜基复合材料的研究现状
基金项目:河南省教育厅自然科学基金项目(200510459101); 作者简介:李中原(1971-),男,博士研究生; 3通讯联系人:E 2mail :zhucs @https://www.doczj.com/doc/f514610485.html,. 尼龙Π碳纳米管复合材料研究进展 李中原,刘文涛,许书珍,何素芹3,朱诚身3 (郑州大学材料科学与工程学院 郑州 450052) 摘要:碳纳米管(C NTs )由于其独特的结构,较高的长径比,较大的比表面积,且具有超强的力学性能和良好 的导热性,已经证明是塑料的非常优异的导电填料,聚合物基碳纳米管复合材料可望应用于材料领域的多个方面,尤其在汽车、飞机及其它飞行器的制造等军事和商业应用上带来革命性的突破。本文介绍了碳纳米管的结构形态和碳纳米管的制备、纯化、修饰方法及聚合物基碳纳米管复合材料的制备、性能,并综述了近几年来尼龙Π碳纳米管复合材料的研究进展及应用前景。 关键词:碳纳米管;尼龙;复合材料 引言 聚酰胺具有优良的机械性能、耐磨性、耐酸碱性、自润滑性等优点,居于五大工程塑料之首,被广泛用作注射及挤出成型材料,主要用于在机械、仪器仪表、汽车、纺织等方面,并将在轴承、齿轮、风扇叶片、汽车部件、医疗器材、油管、油箱、电子电器制品的制造方面发挥重要作用,尤其是作为汽车零部件及电器元件。由于酰胺极性基团存在极易吸水、尺寸稳定性差等缺点,使其应用受到了很大限制[1]。纳米复合材料是近年来发展十分迅速的一种新兴复合材料,被认为是21世纪最有发展前途的材料,已成为材料学、物理学、化学、现代仪器学等多学科领域研究的热点。热塑性塑料基纳米复合材料是研究最早、最多、应用最广的材料,聚合物Π蒙脱土纳米复合材料目前有的已实现了产业化[2]。碳纳米管由于其独特的结构、 奇异的性能和潜在的应用价值,在理论上是复合材料理想的增强材料。近年来聚合物Π碳纳米管复合材料的研究已成为纳米科学研究中的一个新热点。碳纳米管的发现可以追溯到1985年C 60 [3]的发现,1991年日本学者Iijima [4]在对电弧放电后的石墨棒进行显微观察时发现阳极上形成了圆柱状沉积,沉积主要 由柱状排列的平行的中空管状物形成,管状物的直径一般在几个到几十个纳米之间,而管壁厚度仅为几个纳米,故称之为碳纳米管C NTs (carbon nanotubes ),并在自然杂志上发表。碳纳米管具有超级的力学性能[5],在碳纳米管中,碳原子之间存在着三种基本的原子力包括:强的δ键合,C C 键之间的π键合以及多壁碳纳米管层与层之间的相互作用力,它们对碳纳米管的力学性能有着重要的贡献,理论和实验结果显示碳纳米管具有相当高的弹性模量,可达1TPa ,强度是钢的10～100倍,多壁碳纳米管MWC NTs (multiwalled carbon nanotubes )的轴向杨氏模量实验值为200G ～4000G Pa ,轴向弯曲强度为14G Pa ,轴向压缩强度为100G Pa ,并且具有超高的韧性,理论最大延伸率可达20%,密度却只有钢的六分之一。它耐强酸、强碱、耐热冲击、有优异的热,电性能;高温强度高、有生物相容性和自润滑性。在真空中2800℃以下不氧化,在空气中700℃以下基本不氧化,热传导是金刚石的两倍,导电性和铜一样。本文将从碳纳米管的纯化与修饰,尼龙Π碳纳米管复合材料的制备方法及其性能特征三方面对尼龙Π碳纳米管复合材料的研究进展进行总结。
碳纳米管简介 潘春旭 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 武汉大学 物理科学与技术学院 地址：430072湖北省 武汉市 武昌区 珞珈山 电话：027-8768-2093(H)；8721-4880(O) 传真：027-8765-4569 E-Mail: cxpan@https://www.doczj.com/doc/f514610485.html,；cxpan@https://www.doczj.com/doc/f514610485.html, 个人网页：https://www.doczj.com/doc/f514610485.html,/cxpan ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 1. 什么是碳纳米管？ 1991年日本NEC公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空的碳纤维，直径一般在几纳米到几十个纳米之间，长度为数微米，甚至毫米，称为“碳纳米管”。理论分析和实验观察认为它是一种由六角网状的石墨烯片卷成的具有螺旋周期管状结构。正是由于饭岛的发现才真正引发了碳纳米管研究的热潮和近十年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。 按照石墨烯片的层数，可分为： 1) 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）：由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直 径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。又称富勒管(Fullerenes tubes)。 2) 多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）：含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。 其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。多壁管的典 型直径和长度分别为2～30nm和0.1～50μm。 多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相 比，单壁管是由单层圆柱型石墨层构成， 其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有 更高的均匀一致性。无论是多壁管还是单 壁管都具有很高的长径比，一般为100～ 1000，最高可达1000～10000，完全可以 认为是一维分子图1 碳纳米管原子排列结构示意图 2. 碳纳米管的独特性质 1) 力学性能 碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级。它是最强的纤维，在强度与重量之比方面，这种纤维是最理想的。如果用碳纳米管做成绳索，是迄今唯一可从月球挂到地球表面而不会被自身重量拉折的绳索，如果用它做成地球——月球载人电梯，人们来往月球和地球献方便了。用这种轻而柔软、结实的材料做防弹背心那就更加理想了。 除此以外，它的高弹性和弯曲刚性估计可以由超过兆兆帕的杨氏模量的热振幅测量证实。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa；对于多层壁，理论计算太复杂，难于给出一确定的值。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。
镁系储氢合金综述 08材控薛凯琳 摘要：镁与镁基合金具有储氢量大，质量小，资源丰富，价格低廉等优点，受到人们的广泛关注。本文介绍了镁系储氢合金的工艺、性能、应用及发展。 关键词：储氢材料，镁基合金，储氢性能，材料复合，镁基化合物 前言氢能是最清洁且储量丰富的能源，储氢材料的发展及应用对环境保护和能源开发有着重要的意义。镁基储氢合金是最有潜力的金属氢化物储氢材料，近年来已引起世界各国的广泛关注。镁及其合金作为储氢材料,具有以下几个特点：(1)储氢容量很高,MgH2的含氢量达到7.6(wt)% ,而Mg2NiH4的含氢量也达到3.6(wt)%；(2)镁是地壳中含量为第六位的金属元素，价格低廉，资源丰富；(3)吸放氢平台好；(4)无污这些缺点严重阻碍了镁染。但镁及其合金作为储氢材料也存在三个缺点：(1)吸放氢速度较慢,反应动力学性能差；(2)氢化物较稳定，释氢需要较高的温度；(3)镁及其合金的表面容易形成一层致密的氧化膜。以上基储氢合金的实用化进程。近年来，镁基复合储氢材料的研究取得了明显突破，本文简要介绍镁基复合储氢材料吸放氢性能的改善。 1 镁基储氢材料体系 最早开始研究镁基储氢材料的是美国布鲁克-海文国家实验室, Reilly和Wiswall在1968年首先以镁和镍混合熔炼而成Mg2Ni合金。后来随着机械合金化制备方法的出现，揭开了大规模研究镁基储氢材料的序幕。据不完全统计，到目前为止人们研究了近1 000多种重要的镁基储氢材料，几乎包括了元素周期表中所有稳定金属元素和一些放射性元素与镁组成的储氢材料。通过研究，发现这些镁基储氢材料可以分为单质镁储氢材料、镁基储氢合金和镁基储氢复合材料三大类。 1.1 单质镁储氢材料 镁可直接与氢反应，在300～400℃和较高的氢压下，反应生成MgH2： Mg+H2=MgH2 , △H=-74.6 kJ/mol 。 MgH2理论氢含量可达7.6%，具有金红石结构，性能较稳定，在287℃时的分解压为101. 3 kPa。因为纯镁的吸放氢反应动力学性能差，吸放氢温度高，所以纯镁很少被用来储存氢气。随着材料合成手段的不断发展，特别是机械合金化制备工艺的日益成熟，研究人员对单质镁储氢材料进行了新的研究。 1.2 镁基储氢合金 到目前为止，人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。其中最具有代表性的是Mg-Ni系储氢合金，许多研究者围绕这一系列合金开展了大量的研究工作。在制备方法上，主要研究了熔炼法、粉末烧结法、扩散法、机械合金化法和氢化燃烧合成法等，并且对镁基储氢合金采用表面处理和热处理来进一步提高其动力学性能和循环寿命。 1.2.1 Mg-Ni系储氢合金 在Mg与Ni形成的合金体系中存在2种金属间化合物Mg2Ni和MgNi2，其中MgNi2不与氢气发生反应。Mg2Ni在一定条件下(1.4MPa、约200℃)与氢反应生成Mg2NiH4，反应方程式如下： Mg2Ni+2H2=Mg2NiH4，△H=-64.5 kJ/mol 。 反应生成的氢化物中氢含量为3.6%，其离解压为0.1MPa、离解温度为253℃。Mg2Ni理论电化学容量为999 mA·h·g- 1，但其形成的氢化物在室温下较稳定而不易脱氢。且与强碱性电解液(6 mol·L-1的KOH)接触后，合金表面易形成Mg(OH)2，阻止了电解液与合金表面的氢交换、氢转移和氢向合金体内扩散，致使Mg2Ni的实际电化学容量、循环寿命差。 1.2.2 镁与其它元素组成的镁基储氢合金 除了Mg-Ni系储氢合金以外，研究者们研究得比较多的还有Mg-Al系以及Mg-La系储氢合
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
纳米复合材料发展与现状 201041505118 李少军10材料一班 1 纳米复合材料 超细粒子（或纳米粒子）是指尺度介于原子、分子、离子与块状材料之间，粒径在1～100nm范围以内的微小固体颗粒。随着物质的超细化，产生了块状材料不具有的表面效应、小尺寸效应、量子效应，从而使超细粒子与常规颗粒材料相比具有一系列优异的物理、化学性质。纳米粒子经压制、烧结或溅射组合而成的具有某些特定功能的结构即纳米材料。它断裂强度高、韧性好、耐高温，纳米复合同时也提高材料的硬度、弹性模量、Weibull模数，并对热膨胀系数、热导率、抗热震性产生影响。[1] 纳米复合主要指在微米级结构的基体中引入纳米级分散相。纳米复合材料（复合超微细颗粒）表现出许多与模板核本质不同的性质，如不同的表面组成、磁性、光学性能、稳定性及表面积等。纳米复合材料涉及的范围广泛，它包括纳米陶瓷材料、纳米金属材料、纳米磁性材料、纳米催化材料、纳米半导体材料、纳米聚合材料等。纳米粒子具有很高的活性，例如木屑、面粉、纤维等粒子若小到纳米级的范围时，一遇火种极易引起爆炸。纳米粒子是热力学不稳定系统，易于自发地凝聚以降低其表面能，因此对已制备好的纳米粒子，如果久置则需设法保护，例如保存在惰性空气中或其他稳定的介质中以防止凝聚。纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系。它是纳米科技发展的重要基础，也是纳米科技最为重要的研究对象。纳米材料也被人们誉为21 世纪最有前途的材料。由于纳米材料本身所具有的特殊性能。作为一种全新性能的先进复合材料，在微电子、信息、汽车、宇航、国防、冶金、机械、生物、医药、光学等诸多领域有极广泛的应用前景。 2 纳米复合材料的分类 研究纳米复合材料的一个重要目的是改进并提高块体材料的性能,或通过结构复合来发现块材料中并不存在的性能或效应。和块体材料相比,纳米复合材料的物理和化学性质将更多地依赖于材料的表面缺陷和量子尺寸效应。目前.纳米复合材料的种类繁多,可分为:固态纳米复合材料和液态纳米复合材料。基质材料对于纳米粒子的结构具有稳定作用;而基质材料的不同,又可将纳米复合材料区分为:无机基纳米复合材料和聚合物基纳米复合材料。聚合物基包括单聚合物、共聚合物和聚合物的混合;无机基则包括玻璃,如多孔玻璃、分子筛、溶胶一凝胶玻璃和陶瓷等。[2]还可根据纳米粒子的物理性质可将纳米复合材料区分为:半导体纳米复合材料、铁电体微晶复合材料、染料分子纳米复合材料、稀土纳米复合材料、金属(合金)纳米复合材料、光学纳米复合材料(非线性、发光、光折变等)、磁性纳米复合材料等。 3 纳米复合材料的制备 3.1 溶胶- 悬浮液混合法
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 镁基复合材料的制备 镁及镁合金虽具有密度低、比强度大、比刚度高和抗冲击性强等诸多优点。但是也有一些固有缺点，如硬度、刚度、耐磨性、燃点较低、不是一种良好的结构材料，使其应用受到相当大的制约。若向镁基体中添加陶瓷颗粒或碳纤维制成复合材料，则可以在很大程度上改善镁的力学性能，提高耐热和抗蠕变性能，降低热膨胀系数等。可作为复合材料增强相的颗粒有：氧化物、碳化物、氮化物、陶瓷、石墨和碳纤维等。制备镁基复合材料的工艺主要是：铸造法、粉末冶金法、喷射沉积法。铸造法 铸造法是制备镁合金复合材料的基本工艺，可分为搅拌混合法、压力浸渗法、无压浸渗法和真空渗法等。 搅拌铸造法(Stiring Casting) 此法是利用高速旋转搅拌器浆叶搅动金属熔体，使其剧烈流动，形成以搅拌旋转轴为中心的漩涡，将增强颗粒加入漩涡中，依靠漩涡负压抽吸作用使颗粒进入熔体中，经过一段时间搅拌，颗粒便均匀分布于熔体内。此法简便，成本低，可以制备含有Sic、Al2O3、SiO2、云母或石墨等增强相的镁基复化材料。不过也有一些难以克服的缺点：在搅拌过程中会混入气体与夹杂物，增强相会偏析与固结，组织粗大，基体与增强相之间会发生有害的界面反应，增强相体积分数也受到一定限制，产品性能低，性价比无明显优势。用此法生产镁基复合材料时应采取严密的安全措施。 液态浸渗法(Liquid infiltration process) 用此法制备镁基复合材料时，须先将增强材料与黏接剂混合制成预制坯，用惰性气体或机械设备作用压力媒体将镁熔体压入预制件间隙中，凝固后即成为复合材料，按具体工艺不同又可分为压力浸渗法、无压、浸渗法和真空浸渗
颗粒增强镁基复合材料 颗粒增强金属基复合材料由于制备工艺简单、成本较低微观组织均匀、材料性能各向同性且可以采用传统的金属加工工艺进行二次加工等优点，已经成为金属基复合材料领域最重要的研究方向。颗粒增强金属基复合材料的主要基体有铝、镁钛、铜和铁等，其中铝基复合材料发展最快；而镁的密度更低，有更高的比强度、比刚度，而且具有良好的阻尼性能和电磁屏蔽等性能，镁基复合材料正成为继铝基之后的又一具有竞争力的轻金属基复合材料。镁基复合材料因其密度小，且比镁合金具有更高的比强度、比刚度、耐磨性和耐高温性能，受到航空航天、汽车、机械及电子等高技术领域的重视。颗粒增强镁基复合材料与连续纤维增强、非连续(短纤维、晶须等)纤维增强镁基复合材料相比，具有力学性能呈各向同性、制备工艺简单、增强体价格低廉、易成型、易机械加工等特点，是目前最有可能实现低成本、规模化商业生产的镁基复合材料。 一、制备方法 1、粉末冶金法 粉末冶金法是把微细纯净的镁合金粉末和增颗粒均匀混合后在模具中冷压，然后在真空中将合体加热至合金两相区进行热压，最后加工成型得复合材料的方法。 粉末冶金的特点：可控制增颗粒的体积分数，增强体在基体中分布均匀；制备温度较低，一般不会发生过量的界面反应。该法工艺设备较复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件。 2、熔体浸渗法 熔体浸渗法包括压力浸渗、无压浸渗和负压浸渗。 压力浸渗是先将增强颗粒做成预制件，加入液态镁合金后加压使熔融的镁合金浸渗到预制件中，制成复合材料采用高压浸渗，可克服增强颗粒与基体的不润湿情况，气孔、疏松等铸造缺陷也可以得到很好的弥补。 无压浸渗是指熔的镁合金在惰性气体的保护下，不施加任何压力对增强颗粒预制件进行浸渗。该工艺设备简单、成本低，但预制件的制备费用较高，因此不利于大规模生产。增强颗粒与基体的润湿性是无压浸渗技术的关键。 负压浸渗是通过预制件造成真空的负压环境使熔融的镁合金渗入到预制件
镁系储氢合金综述 摘要：镁与镁基合金具有储氢量大，质量小，资源丰富，价格低廉等优点，受到人们的广泛关注。本文介绍了镁系储氢合金的工艺、性能、应用及发展。 关键词：储氢材料，镁基合金，储氢性能，材料复合，镁基化合物 前言氢能是最清洁且储量丰富的能源，储氢材料的发展及应用对环境保护和能源开发有着重要的意义。镁基储氢合金是最有潜力的金属氢化物储氢材料，近年来已引起世界各国的广泛关注。镁及其合金作为储氢材料,具有以下几个特点：(1)储氢容量很高,MgH2的含氢量达到7.6(wt)% ,而Mg2NiH4的含氢量也达到3.6(wt)%；(2)镁是地壳中含量为第六位的金属元素，价格低廉，资源丰富；(3)吸放氢平台好；(4)无污这些缺点严重阻碍了镁染。但镁及其合金作为储氢材料也存在三个缺点：(1)吸放氢速度较慢,反应动力学性能差；(2)氢化物较稳定，释氢需要较高的温度；(3)镁及其合金的表面容易形成一层致密的氧化膜。以上基储氢合金的实用化进程。近年来，镁基复合储氢材料的研究取得了明显突破，本文简要介绍镁基复合储氢材料吸放氢性能的改善。 1 镁基储氢材料体系 最早开始研究镁基储氢材料的是美国布鲁克-海文国家实验室, Reilly和Wiswall在1968年首先以镁和镍混合熔炼而成Mg2Ni合金。后来随着机械合金化制备方法的出现，揭开了大规模研究镁基储氢材料的序幕。据不完全统计，到目前为止人们研究了近1 000多种重要的镁基储氢材料，几乎包括了元素周期表中所有稳定金属元素和一些放射性元素与镁组成的储氢材料。通过研究，发现这些镁基储氢材料可以分为单质镁储氢材料、镁基储氢合金和镁基储氢复合材料三大类。 1.1 单质镁储氢材料 镁可直接与氢反应，在300～400℃和较高的氢压下，反应生成MgH2： Mg+H2=MgH2 , △H=-74.6 kJ/mol 。 MgH2理论氢含量可达7.6%，具有金红石结构，性能较稳定，在287℃时的分解压为101. 3 kPa。因为纯镁的吸放氢反应动力学性能差，吸放氢温度高，所以纯镁很少被用来储存氢气。随着材料合成手段的不断发展，特别是机械合金化制备工艺的日益成熟，研究人员对单质镁储氢材料进行了新的研究。 1.2 镁基储氢合金 到目前为止，人们已对300多种重要的镁基储氢合金材料进行了研究。其中最具有代表性的是Mg-Ni系储氢合金，许多研究者围绕这一系列合金开展了大量的研究工作。在制备方法上，主要研究了熔炼法、粉末烧结法、扩散法、机械合金化法和氢化燃烧合成法等，并且对镁基储氢合金采用表面处理和热处理来进一步提高其动力学性能和循环寿命。 1.2.1 Mg-Ni系储氢合金 在Mg与Ni形成的合金体系中存在2种金属间化合物Mg2Ni和MgNi2，其中MgNi2不与氢气发生反应。Mg2Ni在一定条件下(1.4MPa、约200℃)与氢反应生成Mg2NiH4，反应方程式如下： Mg2Ni+2H2=Mg2NiH4，△H=-64.5 kJ/mol 。 反应生成的氢化物中氢含量为3.6%，其离解压为0.1MPa、离解温度为253℃。Mg2Ni理论电化学容量为999 mA·h·g- 1，但其形成的氢化物在室温下较稳定而不易脱氢。且与强碱性电解液(6 mol·L-1的KOH)接触后，合金表面易形成Mg(OH)2，阻止了电解液与合金表面的氢交换、氢转移和氢向合金体内扩散，致使Mg2Ni的实际电化学容量、循环寿命差。 1.2.2 镁与其它元素组成的镁基储氢合金 除了Mg-Ni系储氢合金以外，研究者们研究得比较多的还有Mg-Al系以及Mg-La系储氢合
摘要 碳纳米管、石墨烯具有优异的力学性能(高强度和高模量)，是镁基复合材料理想的增强体。如何改善碳纳米管、石墨烯在镁基体中的分散性和提高界面结合强度，是制备高性能纳米碳/镁基复合材料的关键。采用粉末冶金和热挤压工艺制备了石墨烯（GNS）增强的AZ91镁基复合材料，测试了复合材料的力学性能，并用扫描电镜和能谱仪对复合材料断口形貌进行了观察和分析。采用粉末冶金+热挤压工艺+T4固溶处理分别制备了CNTs，MgO@CNTs(包覆MgO碳纳米管)、GNPs (石墨烯纳米片)和RGO(还原石墨烯)增强的AZ91镁基复合材料，研究了碳纳米管表面包覆MGO工艺，纳米碳材料(CNTs，Mg O@CNTs，GNPs和GO)含量对AZ91合金的组织和力学性能的影响。结果表明氧化石墨烯增强AZ91镁基复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分别为225MPa，8%和70HV，比AZ91镁合金基体的分别提高了39.7%，35.4%和31.8%；而以石墨烯纳米片为增强相时复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分别为192MPa，7％和60HV，比基体的仅提高了18.7%，9.9%和13.5%；通过以上两组实验对比，氧化石墨烯增强镁基复合材料无论在屈服强度抗拉强度，伸长率以及硬度上都是最好的。 关键词：碳纳米管、石墨烯纳米片、氧化石墨烯、AZ91镁合金
绪论 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以 sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种 只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又 叫做单原子层石墨。因为具有十分良好的强 度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理 学、材料学、电子信息、计算机、航空航天 等领域都得到了长足的发展，作为目前发现 的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一 种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”， 是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯 将“彻底改变21世纪”。 镁呈银白色，熔点649℃，质轻，密度为 1.74g／cm3，约为铜的1/4、铝的2／3；其化 学活性强，与氧的亲合力大，常用做还原剂。 粉状或细条状的镁，在空气中很易燃烧，燃烧 时发出眩目的白光。但极易溶解于有机和无机 酸中。镁能直接与氮、硫和卤素等化合。金属 镁无磁性，且有良好的热消散性。质软，熔点 较低。镁应用相当广泛，比如镁是燃烧弹和 照明弹不能缺少的组成物；镁粉是节日烟花必 需的原料。 目前，镁基复合材料大都主要是以镁化合物、铸镁或者镁合金为基体，以SiC颗粒或晶须、Al2O3颗粒或纤维、碳（石墨）纤维、镁合金、Al18B4O33颗粒或晶须、镁化合物等为增强相。 石墨烯(Graphene,GN)，作为纳米碳材料的“明星”成员，它们具有极高的强度和韧性，其抗拉强度都可达到钢的100倍以上(大于50GPa)，弹性模量可达到1TPa以上，远远超过纳米Si C的强度和弹性模量(420-450GPa)，是迄今为止，强度和模量最高的材料之一，它们超强的力学性能可以极大地改善复合材料强度和韧性。此外,碳纳米管和石墨烯还具有超强的高温稳定性(在无氧3000℃条件下可保持很好的结构稳定性)和优异的导电和导热性能，超强的高温稳定性使它们非常有利于作为金属基复合材料的增强体。镁合金具有热稳定性高、导热性好、电磁屏蔽能力强和阻尼性能好等优点，已被广泛应用于移动电话、电脑、摄像机等电子产品中。在航空、航天方面，镁合金因密度小，比强度高可有效地减轻航
聚合物/碳纳米管复合材料研究综述 摘要 综述了目前碳纳米管在填充聚合物来制备介电、导电、吸波、导热等复合材料方面的应用。对常见的几种聚合物/碳纳米管复合材料的制备工艺以及碳纳米管在聚合物中的分散方法进行了详细地阐述。最后对聚合物/碳纳米管在研究过程中存在的问题和未来的研究方向进行了相应地分析和展望。 关键词:碳纳米管; 逾渗理论; 复合材料; 制备工艺; 分散 Review of Research on Polymer /Carbon Nanotube Composite Abstract The current carbon nanotube-filled polymer compound to prepare the electricity，conductive，absorbing，thermal conductivity，and other aspects of application of composite materials are reviewed．Several common polymer / carbon nanotube composite preparation process as well as the dispersion of carbon nanotubes in polymer are elaborated．Finally，the polymer /carbon nanotube in the study process and future research is analyzed and prospected． Key words: carbon nanotubes; percolation theory; composite; preparation; dispersion
钛颗粒增强镁基复合材料的力学性能1 丁浩，师春生，赵乃勤 天津大学材料科学与工程学院，天津（300072） E-mail：wadxr@https://www.doczj.com/doc/f514610485.html, 摘要：本文采用粉末冶金方法制备了钛颗粒增强镁基复合材料，并对得到的复合材料的孔隙和硬度、拉伸强度、弹性模量、压缩强度等进行了分析、比较。得出了初压压力、质量分数、复压、合金化等对复合材料力学性能影响的规律。实验表明，用等静压方法压制的复合材料布氏硬度可达265HB，模压法制备的复合材料的抗拉强度可达到112MPa，优于基体的硬度和拉伸性能。此外，钛颗粒加入及粉末冶金的方法使复合材料的塑性降低，通过实验得到了复合材料的抗压强度40MPa。 关键词：粉末冶金，复合材料，镁，钛颗粒，力学性能 中图分类号：TG1 1.引言 镁是近来金属研究的热点之一。镁的储量丰富，密度小，比强度、比刚度、比模量都优于钢铁、铝、铜等金属材料，甚至超过很多聚合物材料[1]。但是镁的耐蚀性能和抗氧化性能很差，电极电位低，绝对强度、刚度、硬度及耐磨性都很低。所以，工程上常用Al、Zn等金属与其构成合金，或与增强相复合形成复合材料，达到改善镁的性能的目的。近年来，纯镁除了小部分用于化学功能外，大部分镁以镁合金或复合材料的形式应用于门窗、轮彀、自行车构件、汽车配件、仪表等。此外，镁合金作为生物材料已经成功地应用于人造骨骼、人造器官等人体植入材料，性能已基本符合人体需求[2，3]。在未来的生物材料领域，镁合金或复合材料将以其优异的性能发挥更多的功能[4]。 当前，常用于增强镁合金基体的增强相从形态上可分为颗粒（如：SiC颗粒、TiC颗粒）、晶须（如Al2O3晶须，Mg2B2O5晶须）以及纤维（如碳纤维、NiTi纤维）等。按照加入相的尺寸，可以分为纳米相（如纳米碳管）、微米相等[1]。常用的增强相为陶瓷相，陶瓷相一方面会增镁基复合材料近来受到了人们的关注。 P Perez和G Garces a使用粉末冶金的方法探索了金属Ti与金属Mg的复合材料[6，7]。Lu和Froyen等制备、研究了Ti增强镁铝合金的复合材料的显微组织和力学性能[8]。郗雨林等用钛合金增强MB15镁铝合金取得了很好的效果[9]。这些研究表明镁与钛的相容性很好。加之钛的诸多优点，如强度、硬度高，抗腐蚀性能极好，与镁不互溶,故能形成复合材料（镁钛二元相图见图1）等，选择钛增强镁及镁合金容易达到预定的效果。本文主要采用粉末冶金法制备金属Ti颗粒增强镁及镁合金基复合材料研究复合材料的组织结构对其力学性能的影响。 1本课题得到天津市科技发展基金（043186211）的资助。
碳纳米管纳米复合材料的研究现状及问题(一) 文章介绍了碳纳米管的结构和性能，综述了碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法及其聚合物结构复合材料和聚合物功能复合材料中的应用研究情况，在此基础上，分析了碳纳米管在复合材料制备过程中的纯化、分散、损伤和界面等问题，并展望了今后碳纳米管/聚合物复合材料的发展趋势。 。碳纳米管的这些特性使其在复合材料领域成为理想的填料。聚合物容易加工并可制造成结构复杂的构件，采用传统的加工方法即可将聚合物/碳纳米管复合材料加工及制造成结构复杂的构件，并且在加工过程中不会破坏碳纳米管的结构，从而降低生产成本。因此，聚合物/碳纳米管复合材料被广泛地研究。 根据不同的应用目的，聚合物/碳纳米管复合材料可相应地分为结构复合材料和功能复合材料两大类。近几年，人们已经制备了各种各样的聚合物/碳纳米管复合材料，并对所制备的复合材料的力学性能、电性能、热性能、光性能等其它各种性能进行了广泛地研究，对这些研究结果分析表明：聚合物/碳纳米管复合材料的性能取决于多种因素，如碳纳米管的类型(单壁碳纳米管或多壁碳纳米管)，形态和结构(直径、长度和手性)等。文章主要对聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状进行综述，并对其所面临的挑战进行讨论。 1聚合物/碳纳米管复合材料的制备 聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法主要有三种：液相共混、固相共融和原位聚合方法，其中以共混法较为普遍。 1.1溶液共混复合法 溶液法是利用机械搅拌、磁力搅拌或高能超声将团聚的碳纳米管剥离开来，均匀分散在聚合物溶液中，再将多余的溶剂除去后即可获得聚合物/碳纳米管复合材料。这种方法的优点是操作简单、方便快捷，主要用来制备膜材料。Xuetal8]和Lauetal.9]采用这种方法制备了CNT/环氧树脂复合材料，并报道了复合材料的性能。除了环氧树脂，其它聚合物(如聚苯乙烯、聚乙烯醇和聚氯乙烯等)也可采用这种方法制备复合材料。 1.2熔融共混复合法 熔融共混法是通过转子施加的剪切力将碳纳米管分散在聚合物熔体中。这种方法尤其适用于制备热塑性聚合物/碳纳米管复合材料。该方法的优点主要是可以避免溶剂或表面活性剂对复合材料的污染，复合物没有发现断裂和破损，但仅适用于耐高温、不易分解的聚合物中。Jinetal.10]采用这种方法制备了PMMA/MWNT复合材料，并研究其性能。结果表明碳纳米管均匀分散在聚合物基体中，没有明显的损坏。复合材料的储能模量显著提高。 1.3原位复合法 将碳纳米管分散在聚合物单体，加入引发剂，引发单体原位聚合生成高分子，得到聚合物/碳纳米管复合材料。这种方法被认为是提高碳纳米管分散及加强其与聚合物基体相互作用的最行之有效的方法。Jiaetal.11]采用原位聚合法制备了PMMA/SWNT复合材料。结果表明碳纳米管与聚合物基体间存在强烈代写论文的黏结作用。这主要是因为AIBN在引发过程中打开碳纳米管的π键使之参与到PMMA的聚合反应中。采用经表面修饰的碳纳米管制备PMMA/碳纳米管复合材料，不但可以提高碳纳米管在聚合物基体中的分散比例，复合材料的机械力学性能也可得到巨大的提高。 2聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状 2.1聚合物/碳纳米管结构复合材料 碳纳米管因其超乎寻常的强度和刚度而被认为是制备新一代高性能结构复合材料的理想填料。近几年，科研人员针对聚合物/碳纳米管复合材料的机械力学性能展开了多方面的研究，其中，最令人印象深刻的是随着碳纳米管的加入，复合材料的弹性模量、抗张强度及断裂韧性的提高。
《近代分子光谱法》课程论文 化学化工学院 张卓磊MG1324086
基于金、银纳米复合材料基底在SERS检测 中的应用 Application of the gold, silver nano composite material in SERS detection 摘要： 本文介绍了拉曼光谱发展的历程，简略描述了拉曼光谱的增强机理，根据机理引出了运用纳米技术来增强拉曼信号的纳米材料的制备。在纳米粒子中，金银有序金属纳米壳结构，特别是有序的空心纳米壳和大孔结构，它兼有光子晶体和纳米金属外壳的光学性质，引起了国内外学者们的广泛关注。本文介绍了有序纳米金属外壳材料的制备方法和步骤，主要包括胶体晶体模板的制备、所需的金属外壳的制备，胶体晶体模板拆除这三个步骤，并对每一步的方法和特征进行了描述，且介绍了其在SERS的应用进行了相关介绍。最后展望了这种材料未来的研究方向的前景。 Abstract This paper introduces the development course of Raman spectroscopy, and briefly describes the mechanism of enhanced Raman spectroscopy,so as referance to prepare nano material by using nanotechnology . With gold and silver nanoparticles, ordered nano metal shell structure especially the optical properties of nanometer hollow shell orderly and macroporous structure with photonic crystal and nano metal shell, atracted the great attention all over the would. In this paper, we introduce the method and main processes of fabricating these metal structure which mainly includes preparation of colloidal crystal templates, colloidal crystal template removal of these three steps, methods and characteristics of each step are https://www.doczj.com/doc/f514610485.html,st but not least,we introduce its introduced in the SERS application. Finally, the future research direction of the material prospect.
关于氢化铝钠和纳米复合镁基储氢材料的研究氢化铝钠是最有研究应用前景的络合金属氢化物，从二十世纪五十年起被合成出作为一般还原剂。尤其是近来其储氧性能被发现。更是成为各国众多学者研究的热点。镁基储氢材料是很有发展潜力的一种。因为金属Mg 储氢量大(MgH 2 的含氢量( 重量, 以下同) 达到7. 6 %) 、重量轻( 密度仅为1. 7 g/ cm3) 资源丰富、价格便宜。 镁基储氢材料也是储氢材料中研究最早的, Reilly 和Wiseall 在1967 年 和1968 年相继发现, Mg 2Cu 和Mg 2 Ni 具有比纯镁好得多的吸放氢动力学性能。但 镁基材料存在的缺陷是其吸放氢动力学性能差, 需在300 ℃高温下方能有效吸 放氢。存在这些问题的原因主要是多数储氢合金的表面存在有金属氧化物、氢氧化物,阻碍了氢气在材料表面的分解和氢气向体相的扩散。因此, 科学工作者在积极地探求改善镁基材料储氢性质的方法。近年来采用合金元素或多元合金与镁或氢化镁进行复合, 使镁基材料的吸放氢动力学性能有了很大的改进。 一、NaAlH 4 简介 1.1络合金属氢化物 在一些离子型氢化物中，例如LiH等，由于Ｈ＋的电荷少而半径大，离子型 氧化物故能在非极性溶剂中同B3+，Al3+，Ga3+，形成络合金属氢化物，例如NaBH 4 ， LiAlH 4 。络合金属氢化物都是极强的还原剂，在干燥宅气中较稳定，遇质子溶剂 则发生猛烈的反应。常见的络合金属氢化物还有氢化铝钠(NaAlH 4 )、氢化铝钾 (KAlH 4 ）等。对这些络合氢化物的研究现在主要集中在储氢性能上。 1．2氢化铝钠的基本性质 氢化铝钠(NaAlH 4)属于络合金属氢化物，NaAlH 4 是正四面体的空间结构，其 中Na+为平衡阳离子，AlH 4 -为络合离子体，Al位于络合离子体正四面体的中心， 而4个H原子则位于正四面体的间隔顶点上。NaAIH 4 是一种白色晶状固体，其熔点为185℃，不溶于乙醚，但易溶于四氢呋喃(THF)和乙二醇二甲醚等醚类溶剂。在常温下、干燥空气中可以稳定存在，遇水与潮气后会发生剧烈的反应，应密封保存或在惰性氛围下保存。 2、氢化铝钠的合成方法 2．1氢化铝锂的合成方法
第27卷 第1期 无 机 材 料 学 报 Vol. 27 No. 1 2012年1月 Journal of Inorganic Materials Jan., 2012 收稿日期: 2011-04-07; 收到修改稿日期: 2011-06-07 基金项目: 国家自然科学基金(51001007) National Natural Science Foundation of China (51001007) 作者简介: 于 美(1981?), 女, 博士, 副教授. E-mail: yumei@https://www.doczj.com/doc/f514610485.html, 通讯作者: 刘建华, 教授. E-mail: liujh@https://www.doczj.com/doc/f514610485.html, 文章编号: 1000-324X(2012)01-0089-06 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2012.00089 石墨烯?银纳米粒子复合材料的制备及表征 于 美1, 刘鹏瑞1, 孙玉静2, 刘建华1, 安军伟1, 李松梅1 (1．北京航空航天大学 材料科学与工程学院, 空天先进材料与服役教育部重点实验室, 北京 100191; 2．国家知识 产权局 专利审查协作中心, 北京 100088) 摘 要: 以无毒、绿色的葡萄糖为还原剂, 在没有稳定剂、温和的液相反应条件下, 同时还原氧化石墨和银氨溶液中的银氨离子, 原位制备石墨烯?银纳米粒子复合材料. 采用X 射线衍射、红外吸收光谱、拉曼光谱、扫描电镜和透射电子显微镜对所制备的石墨烯?银纳米粒子复合材料进行了表征. 结果表明: 氧化石墨和银离子在反应过程中同时被葡萄糖还原, 银纳米粒子均匀分布于石墨烯片层之间, 生成的银纳米粒子中大多数存在着孪晶界, 银纳米粒子的大小和分布受硝酸银用量的影响, 在合适的银离子浓度下, 负载在石墨烯片层上的银纳米粒子的粒径分布集中在25 nm 左右; 复合材料中石墨烯的拉曼信号由于银粒子的存在增强了7倍. 关 键 词: 石墨烯; 银纳米粒子; 复合材料; 拉曼光谱 中图分类号: TB33 文献标识码: A Fabrication and Characterization of Graphene-Ag Nanoparticles Composites YU Mei 1, LIU Peng-Rui 1, SUN Yu-Jing 2, LIU Jian-Hua 1, AN Jun-Wei 1, LI Song-Mei 1 (1. Key Laboratory of Aerospace Materials and Performance, Ministry of Education, School of Materials Science and Engi-neering, Beihang University, Beijing 100191, China; 2. State Intellectual Property Office of the People’s Republic of China, Beijing 100088, China) Abstract: Graphene-Ag nanoparticles composites were prepared by one step in situ synthesis method, using nontoxic green glucose as reducer. Graphite oxide and ammoniacal silver ions were reduced at the same time without stabilizing agent under mild reaction conditions of aqueous solution. X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spec-troscopy (FT-IR), Raman spectroscope, scanning electronic microscope (SEM), and transmission electronic electron microscope (TEM) were used to characterize the resulting composites. The results of analysis indicate that graphite oxide and ammoniacal silver ions are reduced by glucose simultaneously. Ag nanoparticles (AgNPs) uniformly dis-tribute in the graphene sheets, and most of AgNPs show twin boundary. The quantity of silver nitrate influences the size and range of sizes of the AgNPs. The range of sizes of AgNPs on the graphene sheets centralizes at 25 nm under a suitable concentration of silver ions. The intensities of the Raman signals of graphene in the composites increase 7 fold by the loaded AgNPs. Key words: graphene; Ag nanoparticles; composites; Raman spectrum 石墨烯?金属纳米粒子复合材料以其在纳米电子学、化学传感器、能量储存、催化等方面的优越性能和潜在应用得到了广泛关注[1-2]. 由于片层间 的范德华力的作用, 石墨烯有不可逆团聚的趋势, 而存在于石墨烯层间的金属纳米粒子正好起到分离邻近石墨烯片层, 防止发生团聚的作用[3-5].