碳纤维表面生长碳纳米管及其增强复合材料性能的研究

碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述摘要作为一种具有较强力学性能的材料，碳纳米管自诞生以来就受到了广泛关注，并且从以往的实践经验上来看，碳纳米管是非常理想的制备符合材料的形式。

在本文的研究当中，主要立足于这一领域进行分析，提出了碳纳米管本身所具备的特性，以及这种材料在实践过程当中的优越性，进而提出应用策略，希望能够在一定程度上起到借鉴作用。

关键词碳纳米管；复合材料；复合镀迄今为止，碳纳米管材料已经在诸多领域当中得以运用，并且取得了比较显著的成果，其中包括电极材料、符合材料、催化剂载体等诸多方面。

在应用过程当中，碳纳米管的优异性能能够使其在符合材料当中起到较强的作用。

本文研究的侧重点在于碳纳米管的制备和复合材料的应用方面，提出了碳纳米管的特性及其高性能的复合材料。

1 碳纳米管的结构及其性能从结构上来看，碳纳米管具有石墨层状的结构，其中包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

组成纳米碳管的C-C共价键是自然界当中具有稳定特征的化学键，无论在理论计算还是实践当中，都能够看出来，碳纳米管具有非常强的韧性。

在制备过程当中，碳纳米管主要涉及的电弧放电、催化热解和激光蒸发等。

具体来讲，在电弧放电当中，主要制备单壁碳纳米管，但是其中具有一定的弊端，比如产率非常低，但是成本却很高；而催化热解法当中所表现出来的是设备简单和生长速度较快等特点，一般在现代工程的批量化生产过程当中，会用到这种方法。

在当前应用领域，高强度的微米级碳纤维复合材料有着非常广阔的应用前景和较好的应用效果。

但是当前我国在这一领域所取得的进展依旧比较滞后，要想在强度上取得新的突破，必须要有效减少碳纤维的直径，提高纵横比。

碳纳米管是比较典型的纳米材料，纵横比非常可观。

更为重要的是，从长度上来讲，纳米管对于复合材料的加工性能并没有非常明显的不良影响，使用这一材料能够有效聚合复合材料，改变传统加工当中的一些问题，增强复合材料的导电性能。

再加上纳米管当中所具备的结构优势，使得聚合物电导率提升的同时也不容易被改变性能[1]。

收稿:2011-04-25;修回:2011-07-18;基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2009A A03Z528);作者简介:邱军,男,工学博士,教授,博士研究生导师,研究方向为高性能聚合物基复合材料;E -mail :qiujun @tong ji .edu .cn .碳纳米管及碳纤维增强环氧树脂复合材料研究进展邱　军,陈典兵(同济大学材料科学与工程学院,先进土木工程材料教育部重点实验室,上海　201804) 摘要:碳纳米管与碳纤维具有优异的力学、电学等性能,广泛用做复合材料增强体,但目前碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料的研究具有一定的局限性,只考虑了两相材料间的作用,即仅对单一相进行处理而忽略了另一相的改性。

本文从碳纳米管/碳纤维协同增强环氧树脂基体复合材料的思路入手,结合自己的研究成果,综述了国内外相关研究进展。

从研究结果可以看出,将三相材料之间完全有效地联系起来,发挥三者间的协同效应,复合材料的性能可以发生质的飞跃。

关键词:碳纳米管;碳纤维;环氧树脂;三相复合材料引言日本科学家Iijim a [1]在1991年首次发现碳纳米管(CN Ts )。

碳纳米管具有着优异的力学、电性能和热性能,抗拉强度达到200GPa ,弹性模量可达1TPa ,并且具有低密度、高长径比等结构特点,因此成为聚合物复合材料的理想增强材料。

碳纤维(CF )具有十分优异的力学性能,同时耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、低热膨胀系数、导电导性、电磁屏蔽性优良等。

碳纤维复合材料同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气等领域[2]。

环氧树脂(EP )是一种高性能复合材料基体,具有优良的机械性能、绝缘性能、耐腐蚀性能、黏接性能和低收缩性能。

当前以环氧树脂为基体的高性能复合材料应用广泛,碳纳米管/环氧树脂复合材料和碳纤维/环氧树脂复合材料凸显了优异的力学和综合性能,那么如何再进一步提高这两类复合材料的性能呢?本文在简要综述碳纳米管和碳纤维对环氧树脂复合材料性能改善的前提下,进一步综述了碳纳米管/碳纤维/环氧树脂三相复合材料的研究进展,并对其可能的发展进行了预测。

碳纤维化学接枝碳纳米管碳纤维是一种具有高强度、高模量和低密度的纳米材料，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和体育用品等领域。

然而，碳纤维的表面活性羟基较少，对一些化学途径不敏感，使得其与其他材料的复合效果不佳。

为了改善碳纤维的表面活性，一种常用的方法是在碳纤维表面接枝碳纳米管。

碳纳米管是一种具有特殊结构和优异性能的纳米材料，其具有优异的导电、导热和力学性能，因此被广泛应用于能源存储、传感器、催化剂载体等领域。

将碳纳米管与碳纤维复合可以使碳纤维具有更好的导电性和导热性能，同时能够通过碳纳米管的功能化处理，使碳纤维与其他材料的界面粘附性增强，从而提高复合材料的力学性能。

碳纳米管的化学接枝是一种常用的方法，可以通过化学反应将碳纳米管与碳纤维表面的官能团结合，从而实现碳纤维和碳纳米管之间的共价结合。

化学接枝的方法有多种，常用的包括酸碱处理、表面改性剂处理和化学修饰等。

在酸碱处理方法中，可以利用碳纤维表面上的羟基和羧基等官能团与碳纳米管表面上的羟基和羧基发生酯化反应，从而实现碳纤维和碳纳米管的连接。

例如，可以将碳纤维表面浸泡在硫酸和硝酸混合液中，使其表面形成羧基，并将其与碳纳米管表面上的羟基反应，生成酯键连接。

表面改性剂处理方法是通过在碳纤维和碳纳米管表面引入相互吸附的表面改性剂，在改性剂的作用下，碳纤维和碳纳米管之间形成物理吸附力，从而实现二者的连接。

例如，可以在碳纤维和碳纳米管表面引入季铵盐类表面改性剂，通过静电作用使碳纤维和碳纳米管之间相互吸附。

化学修饰方法是通过在碳纤维和碳纳米管表面引入活性官能团，使其与碳纤维和碳纳米管表面上的官能团发生化学反应，从而实现碳纤维和碳纳米管的共价连接。

例如，可以在碳纤维表面引入双极性功能化剂，使其与碳纳米管表面上的官能团发生亲和反应，并形成共价键连接。

综上所述，碳纤维化学接枝碳纳米管是一种有效的方法，可以改善碳纤维的表面活性，使其与其他材料的复合效果更佳。

通过酸碱处理、表面改性剂处理和化学修饰等多种方法，可以实现碳纤维和碳纳米管的连接，从而得到具有优异性能的复合材料。

碳纳米管增强铝基纳米复合材料制备及性能研究碳纳米管增强铝基纳米复合材料是一种新型的高性能材料，具有独特的优势。

随着科技的不断进步，越来越多的研究人员开始关注这一领域。

本文将探讨碳纳米管增强铝基纳米复合材料制备及其性能研究。

一、碳纳米管碳纳米管是由碳原子排列成的管状结构，直径在几纳米到几十纳米之间，长度可以从纳米到厘米级别。

它具有高强度、高导电性和高导热性等特点，被认为是一种理想的纳米材料。

二、铝基纳米复合材料铝基纳米复合材料是由铝基合金和纳米材料混合制成的复合材料，具有高强度、高硬度、高韧性、高耐腐蚀性和高温稳定性等特点。

与传统的铝合金相比，铝基纳米复合材料的机械性能更加优越。

三、碳纳米管增强铝基纳米复合材料将碳纳米管添加到铝基纳米复合材料中可以改善其力学性能、导电性能和导热性能等。

碳纳米管与铝基复合材料的结合可以增加其界面强度和弹性模量，同时也可以增加其准晶程度和基体强度。

因此，碳纳米管增强铝基纳米复合材料具有非常好的综合性能。

四、碳纳米管增强铝基纳米复合材料的制备碳纳米管增强铝基纳米复合材料的制备方法主要包括机械合金化、熔体渗透、电化学合成和等离子喷涂等方法。

其中，机械合金化方法是一种广泛应用的方法，它可以实现大规模的制备。

五、碳纳米管增强铝基纳米复合材料的性能研究碳纳米管增强铝基纳米复合材料的性能研究主要包括力学性能、导电性能和导热性能等方面。

研究表明，添加适量的碳纳米管可以显著提高铝基纳米复合材料的力学性能，增加导电性能和导热性能。

同时，不同制备方法和制备参数也会对其性能产生影响。

六、未来发展碳纳米管增强铝基纳米复合材料的应用前景十分广泛。

它可以被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电器、医疗器械和建筑材料等领域。

未来，我们需要进一步加强对这种新型材料的研究，探索更加高效的制备方法和更加理想的应用场景。

七、结论碳纳米管增强铝基纳米复合材料是一种非常有前途的新型高性能材料。

研究表明，它具有非常好的力学性能、导电性能和导热性能等优势，可以被广泛应用于多个领域。

《碳纳米管在碳纤维表面的组装方法》一、引言碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米级管状材料，具有极强的韧性和导电性，因此在材料科学领域备受瞩目。

而碳纤维作为一种轻质高强度的材料，在航空航天、汽车制造和体育器材等领域有着广泛的应用。

将碳纳米管组装在碳纤维表面，不仅可以提升碳纤维的导电性能和力学性能，还可以拓展碳纳米管在材料领域的应用。

二、常见的碳纳米管组装方法1. 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）CVD是一种常见的碳纳米管合成方法，其原理是在高温下将碳源气体分解生成碳原子，再沉积在基底表面形成碳纳米管。

在碳纤维表面组装碳纳米管时，可以先在碳纤维表面沉积金属催化剂，然后通过CVD方法在催化剂上生长碳纳米管。

这种方法不仅可以实现碳纳米管在碳纤维表面的组装，还可以控制碳纳米管的长度和密度。

2. 碳纳米管涂覆法碳纳米管涂覆法是将碳纳米管分散在溶剂中，然后通过喷涂、浸渍或涂覆的方式将碳纳米管均匀覆盖在碳纤维表面。

这种方法简单易行，且可以实现大面积的碳纳米管组装，但由于碳纳米管之间的相互作用，往往难以实现均匀的覆盖和优异的性能。

三、新型碳纳米管组装方法1. 电化学组装法电化学组装法是将碳纳米管分散在电解质溶液中，利用外加电场将碳纳米管定向沉积在碳纤维表面。

这种方法可以实现碳纳米管的定向组装，且不受碳纳米管之间相互作用的影响，因此可以获得均匀且高性能的碳纤维复合材料。

2. 等离子体处理法等离子体处理法是利用等离子体对碳纤维表面进行改性，同时将碳纳米管引入等离子体中，通过化学反应或物理吸附使碳纳米管与碳纤维表面结合。

这种方法不仅可以实现碳纳米管的高效组装，还可以改善碳纤维表面的性能，提升复合材料的综合性能。

四、碳纳米管在碳纤维表面的应用前景将碳纳米管组装在碳纤维表面，可以使普通碳纤维具备导电性和热传导性，进而拓展碳纤维在电子设备、热管理材料等领域的应用。