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碳纳米管（CNTs）是由石墨片层卷曲而成的接近理想的圆柱形晶须（一维纳米材料、轻质且六边形结构连接完美）[1]，具有优异的力学性能、热稳定性和导电性，并且其柔韧性佳（最大弯曲角度超过110°），是复合材料理想的改性剂和功能型增强材料。
因此，CNTs 已广泛应用于聚合物基复合材料的改性，并且已成为全世界材料学家关注的焦点之一[2-3]。
环氧树脂（EP）具有良好的力学性能、粘接性能、电绝缘性能和化学稳定性能，因而已广泛应用于国民经济和国防建设等诸多领域，并且在电气、汽车、航空和电子等领域中具有不可取代的地位。
然而，EP最大的缺点是交联固化后脆性较大、耐冲击性和耐应力开裂性能较差。
采用纳米粒子对EP 进行改性，可有效克服EP 的不足之处，并且既能保持EP 良好的电绝缘性能，又能提升EP 基复合材料的耐腐性、加工性和粘接性能[4]。
EP 中引入CNTs 后虽可改善其各项性能，但两者并不是有机相和无机相简单的加和，而是在纳米范围内的结合，故两相界面间存在着较强或较弱的相互作用力，两者复合后，可得到集无机、有机和纳米粒子等诸多特性于一体的新材料[5-6]。
1 ·CNTs 的化学改性处理虽然CNTs 具有优异的力学性能和热性能，是制备高性能聚合物基复合材料理想的增强材料[7-8]，但CNTs 表面的化学惰性使其与聚合物基体之间的相互作用力很小、相容性差。
因此，对CNTs 表面进行处理，可制得性能优良的CNTs/聚合物基复合材料。
CNTs 的表面处理可分为共价法和非共价法两种[9]：共价法一般为化学方法，其主要目的是使CNTs表面在强酸作用下氧化成羧基，然后将某些官能团通过与羧基的反应而引入体系中，如此可有效提高CNTs 和特定聚合物基体之间的相容性。
非共价法一般采用物理方法提高CNTs 在基体树脂中的均匀分散性，并且在不破坏CNTs 结构的同时赋予其新的性能，但这种方法不稳定，CNTs 的性能会随时间延长或环境改变而变化。
碳纳米管的研究现状1991年，日本电子显微镜专家S. Iijima将他在高分辨电镜下发现的这种由直径为4-30nm，长度在微米级的多个同心管构成的中空针状物命名为碳纳米管[1]，这是最早的多壁碳纳米管，后来到1993年报道发现了只有一层碳原子的圆管，即单壁碳纳米管[2]。
碳纳米管被发现后，立即就以其独特的物理和化学特征引起研究者的广泛关注，使其成为近年来物理和化学研究的一大热点。
碳纳米管是一种一维中空的纳米材料，管径为纳米级，而长度可以达到微米甚至毫米级，所以其长径比可控范围较大，而且其表面化学性质特殊（电子缺陷等），具有很高的比表面积、机械强度（杨氏模量比较大[3]）、热导率（是目前认为导热性能最好的金刚石的2倍）和导电能力（是铜线的1000倍[4]，同时还具有半导体的性质[5]），而且还具有很强的耐酸碱的能力，这些优良的性能使碳纳米管在很多方面都有潜在的应用前景，例如在场发射电极、微电子器件、吸波材料、电池、储氢材料和其他新材料等领域都有很广泛的应用。
目前科学家正在挖掘碳纳米管更多的新的独特性质和形貌，而且逐渐拓宽碳纳米管在其他更多领域的应用。
基于碳材料目前取得的伟大成就和进展，碳纳米管必将在纳米科技的新时代取得更加巨大的进步，作出更大的贡献。
1.1.1 碳纳米管的制备制备出高质量的碳纳米管为其更广泛的理论研究和工业应用提供了前提，因此近年人们在开拓碳纳米管的应用前景的同时，也在逐渐改善碳纳米管的制备方法，向管径均匀、缺陷和杂质少、产量高、成本低以及操作简单等方向努力。
最早用于制备碳纳米管的方法是电弧放电法[1]，后来也被人们进行了各种优化工艺，使其现在仍然是广泛应用的一种方法，但是此方法虽然速度快操作简单，但是产量低、所得碳纳米管缺陷和杂质多，很难分离提纯，不适用于工业化生产。
化学气相沉积法（CVD）即催化热解法，主要是通过将烃类（如CH4和C2H2等）或者其他含碳化合物（乙醇等）在催化剂的作用下裂解沉积得到碳纳米管。
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。
碳纳米管的改性研究进展摘要：碳纳米管因其独特的结构与优异的性能，在许多领域具有巨大的应用潜力而引起了广泛的关注。
由于碳纳米管不溶于水和有机溶剂，极大地制约了其性能的应用，因此碳纳米管的功能化改性就成为目前研究的热点。
本文简要介绍了碳纳米管及其性质作，详细阐述了碳纳米管的改性研究进展，并对今后的研究方向进行了展望。
关键词：碳纳米管；结构与性能；功能化；共价改性；非共价改性1. 碳纳米管及其性能简介1.1碳纳米管的结构碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是1991年由日本筑波NEC公司基础研究实验室的Iijima在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时意外发现的一种具有一维管状结构的碳纳米材料。
因其独特的准一维管状分子结构、优异的力学、电学和化学性质及其在高科技领域中潜在的应用价值，引起了世界各国科学家们的广泛关注，由此引发了碳纳米管的研究热潮和十多年来纳米科学和技术的飞速发展。
碳纳米管是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝、中空的微管，每层纳米管是一个由碳原子通过SP2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形平面组成的圆柱面。
根据构成管壁碳原子层数的不同，CNTs可以分为:单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotube，SWNT)和多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube, MWNT)两种形式。
MWNTs的层间接近ABAB堆垛，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。
MWNTs的典型直径和长度分别为2～30nm和0.1～50μm；SWNTs典型的直径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。
与MWNTs 比，SWNTs是由单层圆柱型石墨层构成，其直径的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。
无论是MWNTs还是SWNTs都具有很大的长径比，一般为100～1000，最大可达到1000～10000，可以认为是一维分子。
碳纳米管材料强度及其复合材料力学性能研究一、碳纳米管材料的基本特性与类型碳纳米管是由碳原子组成的空心圆柱体，在材料力学中具有很高的强度、韧性和导电性能。
碳纳米管经过多次改进，现已分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种形式。
单壁碳纳米管是由一个单独的、具有十二个面的六边形薄管构成的，而多壁碳纳米管则是由数个同心的圆筒结构组成的。
碳纳米管的平均直径为几十亿分之一厘米，具有很高的比表面积和高度的机械性能。
这些特质使得碳纳米管（CNTs）重要的作为纳米制造业中的材料之一。
二、碳纳米管材料强度与机械性能碳纳米管的强度主要受到两个方面的影响：喇曼增强效应和碳纳米管之间的范德华相互作用力。
喇曼增强效应是指，由于碳纳米管的十二个芳香六元环呈现出对称性，当纳米管中的碳原子振动时，共振频率会显著增强，此时碳纳米管的刚度大大增加。
范德华力是指分子之间的瞬时偶极作用力，因此，碳纳米管之间的范德华力会使得碳纳米管与相邻的管子之间的相对位置和方向随机变化，在材料强度研究中起到了非常重要的作用。
三、碳纳米管的复合材料力学性能由于碳纳米管的独特性质，与其他材料进行复合后，可以极大地提高俊英材料的机械性能和导电性能。
碳纳米管复合材料的一大优势是在制备过程中，可以根据需要选择复合各方导热、导电性能的类型和粒度，从而获得所需的机械强度、导电性能和耐久性。
碳纳米管增强的复合材料通常包括碳纤维增强复合材料、金属基复合材料和聚合物基复合材料，以及无机复合材料等。
目前碳纳米管增强聚合物基复合材料研究较为广泛，因为聚合物复合材料具有易于制备、成本低廉、可塑性强等特点。
在碳纳米管与聚合物基复合材料研究中，最大的挑战是寻找适当的表面改性方法，使得碳纳米管与聚合物基材料之间的界面结构更加牢固和紧密，使得复合材料的机械性能和导电性能更加优异。
四、总结碳纳米管材料具有独特的物理、化学和力学性能，被视作为纳米制造业中的材料之一。
碳纳米管材料的复合材料力学性能得到了较广泛的研究，碳纳米管增强的复合材料具有很高的机械强度和导电性能，在电子、光伏、航空航天等领域上的应用前景广泛。
酸化、胺化对碳纳米管化学、显微结构影响分析摘要本文针对两种碳纳米管表面修饰的方法——酸化与胺化，应用红外光谱分析、透射电镜分析及X射线衍射分析三种分析方法，对碳纳米管的晶体结构、微观形貌、化学性质进行研究。
结果说明酸化、胺化能够成功地将羧基、胺基引入到碳纳米管上，有助于改善碳纳米管的分散性质，其中酸化不会影响碳纳米管的晶体结构，而胺化则会使其晶体结构发生改变。
关键词碳纳米管表面修饰酸化胺化0.引言碳纳米管(carbon nanotube , CNT)自发现以来[1]，因其独特的结构和良好的物理、化学性质，引起了人们的广泛关注，并迅速成为化学、物理学、生物学及材料科学的研究热点[2-4]。
但碳纳米管具有难于分散的性质：既不溶于水也不溶于有机溶剂，并且悬浮液易团聚。
这种特性使其在许多领域的应用受到了限制。
对碳纳米管进行表面化学修饰，改善其表面性能是解决碳纳米管分散性和溶解性的有效途径[5]。
到目前为止，常用的表面修饰方法有：直接氟化反应、酸化反应、胺化反应、卡宾加成、自由基反应、电化学反应或热化学反应、1,3-偶极矩环加成反应、叠氮反应、亲电加成反应和力化学反应等[6]。
其中，直接酸化反应与胺化反应是目前比较常用的方法，并且对碳纳米管的分散性有较大改善[7]。
本文通过对未经处理的碳纳米管以及经过酸化、胺化处理的碳纳米管进行红外光谱、透射电镜以及X射线衍射分析，得出了碳纳米管经过酸化、胺化处理后，晶体结构、微观形貌、化学性质产生的改变。
1.样品的制备及表征1.1样品的制备在对碳纳米管进行酸化和胺化处理前，需要先对碳纳米管进行净化处理，以便使其分散为合适的长度。
具体方法是：使碳纳米管在2.6M的硝酸中进行回流，并使其悬停于Ph=10且有表面活性剂的水中，最后用错流过滤系统对其进行过滤。
处理后的碳纳米管平均长度由280nm减小至150nm。
1.1.1酸化用酸氧化碳纳米管，可使其表面产生羧基，这是对碳纳米管进行表面改性较简单而成熟的反应[6]。
具体方法是：将上述净化处理过的碳纳米管置于烧瓶中，加入体积比为1:3的浓HNO3、浓H2SO4，于120 ℃回流12h。
冷至室温，并用去离子水洗至中性。
最后在70 ℃真空干燥24h，得到羧酸化的碳纳米管[8]。
1.1.2胺化表面羧化的碳纳米管，能够与十二胺、十八胺等胺类物质反应，使其化学结构发生进一步的改变[6]。
具体方法是：将羧化的碳纳米管置于双颈烧瓶中，加入SOCl2和DMF，于70 ℃回流24h。
将过量的SOCl2在常压下蒸出，再加入无水甲苯，并常压蒸出。
重复加入无水甲苯，至蒸出物无SOCl2气味。
冷至室温后，将反应系统接上油泵减压，升温至100 ℃，真空抽尽残留在反应系统中的甲苯和SOCl2。
然后通入氩气至系统恢复常压，加入胺类物质。
于90 ℃回流6h 。
反应混合物在室温下加入无水乙醇稀释过滤，去除多余的胺。
重复此过程3次。
将滤出的酰胺化碳纳米管粗产品溶于二氯甲烷中，过滤收集滤液。
将滤液在旋转蒸发仪上蒸干，收集产物。
60 ℃真空干燥24h ,即得酰胺化的碳纳米管[8]。
1.2样品的表征1.2.1红外光谱分析本实验应使用A VA TAR 360 ESP FT-IR红外光谱仪，测量样品衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR FT-IR）。
1.2.2透射电镜分析本实验使用H-800,HITACHI透射电镜。
分析前，须对样品进行如下处理：处理过的碳纳米管少量（几毫克），分别加入乙醇溶液中，超声振荡约30min，用滴管滴于铜网上，待乙醇挥发即可。
1.2.3X射线衍射分析本实验使用D/max2550VB3+/PC（Rigaku International 公司生产）X射线粉末多晶衍射仪，2θ=8°~65°。
2.实验结果与讨论2.1红外光谱分析通过实验得到未处理、酸化处理、胺化处理的碳纳米管红外衍射图谱。
经酸化处理的碳纳米管在3200附近出现了一个吸收峰，该峰位缔合-OH的吸收峰，表明酸化处理后的碳纳米管表面的羟基处于与水结合的状态。
经酸化处理的碳纳米管在1734 cm-1和1205 cm-1两处分别出现了明显的C = O和C - O 的伸缩振动峰，而未经处理的碳纳米管并未明显出现这两处峰，经胺化处理的碳纳米管的这两处峰也得到了明显的衰减。
经胺化处理的样品在3450 cm-1附近出现了缔合状态-NH的吸收峰，而未经处理的以及酸化处理的样品未出现此处吸收峰，表明胺基成功连接到了碳纳米管上并且与周围的水结合。
经胺化处理的碳纳米管在1620cm-1处出现了吸收峰，这个峰是碳纳米管表面上吸附的水分子所引起的吸收峰[9]，而未经处理的以及酸化处理的碳纳米管在此处并未出现明显的吸收峰。
三张图中均在1574cm -1附近出现了一个吸收峰，此处为碳纳米管管壁的E 1μ[10]振动模式所致，它表示了碳纳米管中石墨结构的存在，说明该种结构并未在酸化及胺化过程中遭到严重的破坏。
另外，三张图中均在2924 cm -1和2854 cm -1附近出现了亚甲基的吸收峰，在1100 cm -1附近出现了-CO 的吸收峰。
由此红外光谱可见，碳纳米管经过酸化及胺化处理后，分别成功地引入了羧基与胺基，并且这两种基团与环境中的水处于缔合状态，证明了这两种处理方法均能够较好地提高碳纳米管的溶解性能。
同时，在酸化、胺化的过程中，碳纳米管的结构并未遭到严重的破坏。
2.2透射电镜分析电镜图像下纤维状的物质即为碳纳米管。
从未经过处理的碳纳米管的电镜图像可以看到，碳纳米管在自然状态下处于弯曲状态，这是由于碳纳米管结构中存在缺陷的五边形、七边形结构[11]。
同时，碳纳米管在分子间范德华力的作用下，互相缠绕形成团聚体[12]。
另外，在纤维状的碳纳米管周围还存在着许多颗粒——碳纳米颗粒[13]。
而经过酸化及胺化处理的碳纳米管，在透射电镜下，明显可←(a)未经处理的碳纳米管←(b)酸化处理的碳纳米管←(c)胺化处理的碳纳米管以看到结构更松散，不存在严重的团聚。
另外弯曲情况得到改善，其中的碳纳米颗粒也显著减少。
由此可见，未经处理的碳纳米管团聚严重，分散不佳，不利于进一步的应用。
而酸化、胺化后的碳纳米管，其在溶液中的分散性能有了显著的改善，显得更为规整，对进一步的应用有较大的帮助。
2.3X 射线衍射分析未经过处理的碳纳米管的X 射线衍射图谱中，两个峰对应于标准卡中六方晶形石墨的（002）和（100）衍射面。
晶胞参数为a ＝0.2470 nm ，c ＝0.6724 nm 。
除了碳的峰以外，并没有其它杂峰出现[14]。
经酸化处理后的碳纳米管，X 射线衍射图谱形状基本未发生改变，两个峰的位置未发生明显变化，表明酸化处理并未对碳纳米管的晶体结构起到破坏作用。
而经过胺化处理后，碳纳米管的X 射线衍射图谱形状发生改变，峰的位置发生移动，说明胺化处理使碳纳米管的晶体结构产生了较大的改变。
未经过处理的碳纳米管酸化处理的碳纳米管 胺化处理的碳纳米管3.结论由上述分析可以看出，碳纳米管经过酸化、胺化处理后，晶体结构、微观形貌、化学性质产生了一定的改变：（1）碳纳米管经过酸化、胺化处理后，能够在表面引入羧基或胺基，使碳纳米管的溶解性得到提高，同时碳纳米管的石墨结构并未发生破坏。
（2）碳纳米管经酸化、胺化处理后，原本的团聚状态得到改善，微观形貌变得更加有序化、分散化。
（3）碳纳米管在酸化处理下，晶体结构并不发生显著改变，但在胺化处理下，晶体结构会发生较大改变。
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