碳纳米管增强材料

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

化学通报 2006年 第69卷 w030

碳纳米管增强金属基复合材料

刘天贵1 陈传盛2* 陈小华2*

(1湖南大学 应用物理系 2材料科学与工程学院 长沙 410082)

摘 要 碳纳米管具有独特的管状结构和优异的力学、电学、热学等性能，是制备金属基复合材料

的理想增强体之一。本文介绍了国内外有关碳纳米管作为增强相在金属基复合材料中的研究，同时分析了

碳纳米管作为增强相的优势以及在金属基复合材料中存在的问题。另外，从纳米复合材料的设计原理出发

讨论了提高碳纳米管金属基复合材料性能的方法。分析结果表明，为了提高碳纳米管的增强效果，改善碳

纳米管在金属基体中的分散，金属基体、制备工艺和制备方法的合适选择是很有必要的。而且，碳纳米管

与金属基体之间的界面相互作用也是影响碳纳米管复合材料性能的重要因素。

关键词 碳纳米管 金属基 复合材料 界面

Carbon Nanotubes-reinforced Metals Matrix Composite

Liu Tiangui1, Chen Chuansheng2, Chen Xiaohua2

(1Department of applied physics 2College of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082)

Abstract Because carbon nanotubes (CNTs) possess peculiar structures and superior properties, carbon

nanotubes are considered as one of the ideal reinforcements for metal matrix composites. In this paper, the

・　３８　・　材料导报　２０１５年５月第２９卷专辑２５　

碳纳米管含量对碳纳米管增强铝合金复合材料力学性能的影响　

陈胜男，王利民，廖　晶，姚辉　

（国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉４３００７４）　

摘要　利用粉末冶金法制备碳纳米管增强铝合金复合材料，研究不同碳纳米管含量对材料力学性能的影响。　

采用扫描电子显微镜观察球磨粉末的微观形貌，并对碳纳米管的增强机制进行探讨。结果表明：随着碳纳米管质量　分数的增加，复合材料的抗拉强度呈现先增大后减小的趋势。当ＣＮＴ含量小于３　（质量分数）时，复合材料的强度　与理论值基本一致；但ＣＮＴ含量为５　（质量分数）时，复合材料的力学性能远低于理论值，这是由于当碳纳米管含　

量过高时，在铝合金基体中存在大量团聚，从而影响了复合材料力学性能的提高。　

关键词　碳纳米管高强铝合金材料力学性能　中图分类号：０６９　文献标识码：Ａ　

Ｔｈｅ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　Ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　

Ｃａｒｂｏｎ　Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　Ａｌｌｏｙ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　

ＣＨＥＮ　Ｓｈｅｎｇｎａｎ，ＷＡＮＧ　Ｌｉｍｉｎ，ＬＩＡＯ　Ｊ　ｉｎｇ，ＹＡＯ　Ｈｕｉ　

（Ｗｕｈａｎ　Ｎａｒｉ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｔａｔｅ　Ｇｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ（ＣＮＴｓ）ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｗａｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｐｏｗｄｅｒ　

ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ＣＮＴｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ＯＦｔ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｔｈｅ　ＳＥＭ　ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ　ｏｆ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ　ａｌｌｏｙｅｄ　ＣＮＴｓ—Ａ１　ｐｏｗｄｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｂｙ　ａ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　

2016年4月2016,28(2)暋MODERNPLASTICSPROCESSINGANDAPPLICATIONS一步计算出MWCNTs的长径比。b)暋把不同长径比的MWCNTs作为填料加入HDPE材料中,测试材料的导电和导热性能。复合材料产生了导电渗流阈值,长径比越大,填充渗流阈值越小。测试结果还发现,长径比在一定程度上影响了整个体系的导热性能。c)暋通过SEM图分析了复合材料1#性能最好的原因,也解释了复合材料4#性能优于2#和3#的微观原因。进一步阐明了空间网络结构对导热和导电的作用,也表明了隧道效应能够提高导热和导电的性能。d)暋相对于导热曲线,导电曲线出现了渗流阈值,这也从一定程度上说明了复合材料导电理论中除了空间网络结构或“桥接暠通道,宏观量子隧道效应也起了很大的作用。暋参暋考暋文暋献[1]暋杨波,陈光顺,李姜,等.多壁碳纳米管增强碳黑/聚丙烯导电复合材料导电行为[J].复合材料学报,2009,26(4):41灢46.[2]暋欧育湘,赵毅,许冬梅.聚合物/碳纳米管纳米复合材料性能研究进展[J].高分子材料科学与工程,2011,27(3):167灢170.[3]暋李博,季铁正,李佳,等.MWNTs/UHMWPE复合材料的导电行为[J].高分子材料科学与工程,2012,28(2):45灢48.[4]暋LIY,WONGCP,MOONKS.Electricalpropertyim灢provementofelectricallyconductiveadhesivesthroughinsi灢tureplacementbyshort灢chaindifunctionalacids[J].IEEETransactionsonComponentsandPackagingTechnologies,2006,29(1):崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊崊173灢178.碳纳米管增强塑料据“暠报道,费城阿科玛公司最近2次报道的Graphistrength碳纳米管(CNT)色母料,已经获得美国环保署批准其在美国进行商业销售,这些产品在欧洲和亚洲市场上可买到。它们因具有静电消散(ESD)特性在汽车和电子领域中得到了广泛应用。在尼龙6、尼龙66、尼龙11或尼龙12中可添加质量分数20%或30%多壁CNT来制备增强材料,这Graphist灢rengthCNT色母料作为“通用暠色母料可用于尼龙、热塑性聚酯和聚碳酸酯(PC)中,或作为一种多功能助剂可用于聚氯乙烯、丙烯腈灢丁二烯灢苯乙烯共聚物(ABS)、苯乙烯类聚合物中等。阿科玛公司提供GraphistrengthCNT色母料也可用于各种橡胶中,色母料有液体和固体,同时,可按所需定制母粒形状。华州纽瓦克Quantano聚合物公司将CNT挤压棒和CNT管色母料添加到PC、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、乙烯灢四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚醚酰亚胺(SABIC的的UltemPEI)和热塑性聚酰亚胺中制备出了各种碳纳米管增强塑料。马萨诸塞州BillericaEntegris公司的“迪高聚合物暠系列碳纳米管复合物,是Entegris公司采用专利技术制备的,“迪高聚合物暠系列碳纳米管复合物改善了CNT分散性和实现非常一致的ESD性能。可再生复合物用的细磨纤维素据“暠报道,在过去的两年中,在密歇根州米德兰环保生物塑料米德兰公司(EBPM)一直以纤维素和工业废纸为原料用一种新方法制备出再生塑料产品。该新方法专利技术来自于东京的生态研究所(ERI),ERI为亚洲最大的生物塑料制造商之一,高分子研究的领导者。ERI与米德兰密歇根高分子研究所合资,开发出“环保暠复合树脂,命名为MAPKA。新方法专利技术为EBPM和ERI共同持有的专有技术。MAPKA复合物含有全部或部分再生材料,如聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、丙烯腈灢丁二烯灢苯乙烯共聚物(ABS)、乙烯灢醋酸乙烯酯(EVA)以及聚乳酸(PLA)和聚羟基脂肪酸酯(PHA)的生物树脂。通过对各种纤维素研磨、使它们平均粒径下降到20毺m,再掺入塑料后制成这种MAPKA复合物。复合物中纤维素质量分数高达65%,这增强了塑料的力学性能,同时保持肉眼几乎检测不到纤维素存在。纤维素掺入塑料中不是新技术,据报道,EBPM专利粉碎技术能显著提高产品性能。“当有机材料与塑料复合时,就需将有机材料粒径研磨得非常小,我们是世界上唯一一家能做到工业化生产平均粒径20毺m纤维素的厂家。暠EBPM的副总裁FukujiSaotome解释。EBPM公司可以自定义纤维素含量复合物,以适应特定性能的要求和应用,复合物可应用到家用器皿和建筑产品及汽车零部件。此外,EBPM为自己的废纸材料的公司提供“闭环回收系统暠。透明硬质热塑性弹性体据“暠报道,伊利诺伊州罗切斯特ElastoconTPE技术推出新型的CLR系列弹性体,它们是完全无油、无味,硬度为65A和75A。它们可用来注射成型或挤出成型,据说有优异的抗撕裂性、好的光泽表面和非常高的流动性。符合FDA(美国食品药物管理局)标准,很容易着色。(以上由中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院严淑芬供稿)·8·