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碳纳米管材料的研究及其应用前景碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)是由碳原子组成的一种空心管状结构材料，具有极高的强度、导电性和导热性。
由于它独特的物理和化学特性，自其发现以来，研究人员不断探索其广泛的应用前景。
本文将介绍碳纳米管材料的基本特性、制备方法以及其在电子、能源、生物医学和环境保护等领域的应用前景。
一、碳纳米管材料的基本特性碳纳米管具有以下几种基本特性：1.直径十分微小：CNTs的直径在1~100纳米之间。
这使得CNTs具有很高的比表面积，能够增加与其他材料的接触面积。
2.极高的强度：CNTs的强度是其他材料的1~10倍，而重量却非常轻。
3.优异的导电性：CNTs的电阻率约为铜的1/10，可作为电子器件的理想材料。
4.高导热性：CNTs的导热性是铜的1.5倍。
5.化学惰性：由于碳的化学惰性，CNTs对大多数化学物质的影响较小，有利于其应用。
二、碳纳米管制备方法CNTs的制备方法种类繁多。
下面我们介绍几种典型的制备方法。
1.化学气相沉积法(CVD法)CVD法是一种通过气相物质反应制备CNTs的方法。
其基本原理是将碳源物质在高温下分解，使碳原子与金属催化剂相互作用生成碳纳米管。
CVD法是制备CNTs最优秀、最经济、最可定向的方法之一。
2.电弧放电法电弧放电法是一种利用碳棒电弧在惰性气氛中蒸发和冷凝的方法。
利用惰性气氛，如氦、氩、氮和氩氮混合气体等，在自由场内放电形成高温、高压电弧，产生不同形态（单壁、多壁）的CNTs。
3.化学还原法化学还原法通常使用碳酸钠和其他金属盐作为原料。
其基本原理是将金属离子还原为纳米金属，并使金属与碳源分解并生成CNTs。
化学还原法通常需要很长的反应时间，往往需要在高温条件下完成。
三、碳纳米管的应用前景1.电子学领域CNTs的高导电性和微小的直径使之成为微处理器中理想的电路元件。
CNTs的高速传输和强度也为光电晶体管、电晕放电、场发射和纳米电子器件提供了非常好的材料基础。
碳纳米管技术的研究与应用前景随着科技的不断进步和发展，碳纳米管技术在当今社会中被越来越多的人所关注和重视，其研究与应用前景也是备受瞩目的话题。
那么，碳纳米管技术究竟是什么，它有哪些特点及应用，又有什么样的研究前景呢？本文将围绕这个主题进行分析和讨论。
一、碳纳米管技术的定义首先，碳纳米管技术是什么？简单来说，碳纳米管技术就是一种由碳原子作为基本组成单元所构造的管状纳米结构，具有较高的强度、导电性和导热性能，是近年来应用领域最为广泛的一种纳米材料。
碳纳米管的直径约为1纳米至数百纳米，长度可达数百微米至数厘米。
碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种类型，其中单壁碳纳米管由单层碳原子经过卷曲而成，而多壁碳纳米管则由多层碳原子经过卷曲而成。
二、碳纳米管技术的特点那么，碳纳米管技术有哪些独特的特点呢？首先，碳纳米管的强度非常高，甚至超过了钢铁材料，可以承受极大的压力和拉伸。
其次，碳纳米管的导电性和导热性能也十分出色，可以用于制造高性能电子设备。
此外，碳纳米管还具有惊人的轻量化特性，能够帮助减少各种设备的重量，同时还具有抗腐蚀、防火等特殊功能。
三、碳纳米管技术的应用碳纳米管技术具有广泛和重要的应用前景。
目前，碳纳米管已经被应用于许多领域中，例如电子器件、材料科学、生物医学、环境保护等。
其中，碳纳米管在电子器件领域中应用最为广泛，可以制造高性能的晶体管、显示器、光电探测器等，以及高效的锂离子电池、超级电容器等。
此外，碳纳米管还可以用于制造高强度的材料、先进纤维、高效催化剂等，以及可以用于水处理、吸附有害物质、生物传感器、药物输送等领域。
四、碳纳米管技术的研究前景碳纳米管技术的研究前景也是十分广阔和充满希望的。
目前，随着研究的不断深入和发展，碳纳米管技术将会有更加广泛的应用，尤其是在节能环保、新材料、新概念电子器件等领域中。
此外，由于碳纳米管的特殊结构和技术特点，还可以应用于空间科学、太阳能电池、光电探测器、生物医学等多种领域。
碳纳米管的特性及其在防腐涂层中的应用
碳纳米管是由一个或者多个芳香环组成的碳结构，极小尺寸，长径比大，其表面张力特性优越，可以充分利用极小尺寸中的表面积，可以突破传统材料的极限。
碳纳米管的性质特点如下：
1）体积小。
碳纳米管半径仅有1分米，长度超过几十微米，体积极小，具有极大的表面积。
2）超强的强度、延性和抗拉力性能。
由于碳纳米管具有非常特殊的结构，具有极强的力学性能，能很好地承受外力，具有超长的延性和抗伸性，冲击力极高。
3）具有优越的导电性能。
碳纳米管可以把极少的量的电荷载体从一端传导到另一端，并由此构建出了超级电容器，具有极高的电容率和超高的电容量。
4）具有抗腐蚀性能。
碳纳米管相对普通的金属结构而言，具有更好的抗腐蚀性能，不易受外界环境的影响。
因此，碳纳米管在防腐涂层中得到了广泛应用，主要用于铝合金，钢铁，铝镁合金、建筑等行业的抗腐蚀，具有以下的优势：
1）有效的抗腐蚀性能。
碳纳米管的抗腐蚀性能好，能够有效抵抗多种多样的环境，可有效延长涂层寿命，提高耐久性，大大减少更换和维护成本。
2）轻质、耐高温。
碳纳米管拥有极佳的轻质特性，具有良好的抗高温性能，能在高温下使用，效率更高，耐损性也更强。
3）环保性好。
碳纳米管不排放其他有毒物质，具有良好的环保特性，可以更好地保护自然环境。
4）成本低。
碳纳米管具有良好的价格与性价比，比传统方法更具优势。
总结而言，碳纳米管在防腐涂层中有着独特的性能和优势，可迅速提高涂层的质量，延长使用寿命，成为今时今日抗腐蚀领域的一大利器。
碳纳米管研究报告碳纳米管是一种新兴的材料，它既具有高强度又有超强的耐腐蚀性，在未来将会发挥重要作用。
本文将结合碳纳米管的化学特性、力学性能、电学性能和生物医学应用，对它进行深入研究，旨在发掘它的潜力，未来能够更好地应用它。
一、碳纳米管的化学特性碳纳米管具有较高的碳氧化物结构，具有超强的耐腐蚀性。
其表面具有一定的电荷，这可以改变它的生物活性，增加其作为纳米材料的有效性。
此外，还有一些碳氧化物，如碳酸钙等，具有很好的附着力，对于不同的应用有着不同的功能。
二、碳纳米管的力学性能碳纳米管有着优异的力学性能，其弹性模量的大小可以根据其结构而定，它们有着非常高的抗弯强度，抗拉强度比钢材还要高，耐磨性也比钢材高。
同时，它们还具有很强的抗冲击能力，甚至在超高温下也能保持一定的强度。
三、碳纳米管的电学性能碳纳米管也具有优异的电学性能，其电阻率极低，可以大大提高电子材料的效率；其容量也极高，约为石墨烯4倍，能够有效地储存电能。
此外，它们还具有良好的导电性，可以抑制电路的失效，这在电子制造领域有重要作用。
四、碳纳米管的生物医学应用碳纳米管也可用于生物医学领域。
由于它们具有超强的耐腐蚀性及其高强度，可以用来制造医疗设备、改善人体组织修复治疗效果等。
另外，它们还可以用于基因治疗，具有增强免疫力的功效；用于抗癌药物的药物载体，以最大程度地抑制癌细胞的生长；在细胞快速传输信号的实验中，用于提高和优化实验效果等。
以上就是碳纳米管的一些特性和应用。
综上所述，碳纳米管有着较高的力学性能、超强的耐腐蚀性和良好的电学性能，以及众多生物医学应用，拥有着前所未有的潜力及应用前景。
未来需要加强对它的研究，进一步开发其功能，以及制定更好的应用方式，以期达到最佳效果。
新型金属腐蚀保护涂层的研究及其应用一、引言金属腐蚀是一个非常普遍的问题，因为金属在各种环境中都会遭受各种形式的腐蚀性攻击，如酸、碱、盐、氧气、水分等，这些因素都会损害金属结构的物理性能和化学性能。
为了保护金属材料，发展了很多种金属腐蚀保护方法，其中最受欢迎的是金属腐蚀防护涂料技术，因为它具有防腐性能和装修效果两大优点。
目前，随着科学技术的不断发展，新型金属腐蚀保护涂层被广泛研究和应用。
二、新型金属腐蚀保护涂层的研究现状当前，有很多种新型金属腐蚀保护涂层正在研究中，例如多孔纳米氧化铝涂层、碳纳米管增强防腐涂层、粘附力强的有机涂层等，这些涂层在防腐性能、装饰性能和耐久性等方面都有很好的表现。
1、多孔纳米氧化铝涂层多孔纳米氧化铝涂层是采用气相沉积法制备的一种新型防腐涂层。
通过将氧化铝纳米颗粒形成一种多孔结构，能够阻止外部物质的进入，进而达到防腐的目的。
实验结果表明，该涂层具有极佳的耐腐蚀性能，在酸、碱等强酸性介质中都能长时间维持完好的状态，能够延长金属材料的使用寿命。
2、碳纳米管增强防腐涂层碳纳米管被广泛应用于各种领域，也在金属腐蚀保护涂层中得到了广泛的应用。
研究表明，纳米碳管是一种非常优秀的防腐增强材料，将其与传统的腐蚀防护涂层结合使用，能够增加涂层的防腐性能和机械强度，提高涂层的耐久性和抗腐蚀性能。
3、粘附力强的有机涂层在金属腐蚀防护涂层的研究中，粘附力被认为是最为重要的因素之一。
目前，研究人员通过改进有机涂层的化学成分，成功研究出一种粘附力非常强的有机涂层。
该涂层不仅能够有效避免金属腐蚀，还能够有效阻止水和空气的进入，降低腐蚀的发生率。
三、新型金属腐蚀保护涂层的应用前景在今后的发展中，新型金属腐蚀保护涂层将会有更广泛的应用。
一方面，涂料生产厂家将会推出更多更好的金属腐蚀保护涂层，这些涂层将会更加环保、高效、耐久、安全，成本也更加亲民。
二方面，随着工业化进程的不断推进，很多领域对金属的腐蚀防护需求也会逐渐增多，新型金属腐蚀保护涂层就可以充分满足这些需求。
碳纳米管散热涂料的制备研究及其在金属材料上的应用中国科学院成都有机化学有限公司，中科时代纳米事业部，四川成都，610041一、碳纳米管散热涂料的研究概况为了提高金属表面的热辐射性能，为了充分展现碳纳米管导热系数高和机械性能优异的特点，我们开发了环保型功能涂料——水性碳纳米管散热涂料。
电子元件在工作时会产生较多热量，为了尽快散热，通常要加装金属散热片，因为金属具有较高的导热系数，常用材料包括铜、铝或铝的合金。
但是，金属表面的热辐射系数很低，在没有对流传热的条件下，汇集到金属表面的热量很难散发出去。
通过涂层技术改善金属表面的热辐射效率，是提高金属材料散热性能的重要途径。
在电子工业迅速发展的今天，散热涂料被广泛关注。
我们知道，大多数涂料的热辐射系数是很高的，也很接近。
红外热像仪对于涂料的发射率可设置为0.95，相同材质、不同颜色的涂料其发射率非常近，误差通常不超过测量精度范围。
所以，散热涂料的技术挑战，不仅仅集中在如何提高热辐射系数，更重要在于如何降低涂层的热阻，包括降低涂层和金属之间的接触热阻、涂层材料自身的热阻。
实现涂层热阻小的途径，包括两个方面：（1）提高涂层的导热系数，使用高性能高结构的导热功能体。
（2）提高涂层的机械性能，降低涂层厚度，使得涂层在很薄的时候，就能满足附着力好、耐挠曲性好、抗冲击性好、致密性好等性能。
碳纳米管（CNTs）是散热涂料最理想的功能填料。
理论计算和实际测量表明，单壁碳纳米管的室温导热系数高达6600W／m.K，多壁碳纳米管的室温导热系数达3000W／m.K，CNTs是目前世界上已知的最好的导热材料之一。
物体辐射或吸收的能量与它的温度、表面积、黑度等因素有关。
CNTs是一维纳米材料，比表面积大，被誉为世界上最黑的物质，这种物质对光线的折射率只有0.045%，吸收率可以达到99.5%以上，辐射系数接近1。
纳米纤维状的CNTs，与颗粒状的其它散热填料相比，更容易形成导热网络，对涂层增强增韧效果明显，涂层很薄时，比如5-10微米，就能形成均匀光洁、机械性能优异的膜，而其它填料的涂膜，推荐使用厚度30-50微米。
环氧树脂涂层碳纳米管
环氧树脂是一种重要的高分子材料，具有优异的力学性能、电绝缘性能和化学
稳定性，因此在各种领域广泛应用。
碳纳米管则是一种纳米材料，具有独特的物理和化学性质，被认为是21世纪的重要材料之一。
将碳纳米管与环氧树脂相结合，
可以赋予新材料更多的优异性能。
环氧树脂涂层碳纳米管材料具有许多优点。
首先，碳纳米管具有极强的强度和
刚度，与环氧树脂相结合后可以增强环氧树脂的力学性能，提高材料的强度和硬度。
其次，碳纳米管具有良好的导电性能，可以使环氧树脂具有导电性，有利于在电子器件中的应用。
此外，碳纳米管还具有很高的比表面积，可以增加环氧树脂的气体和液体渗透性，提高材料的吸附性能。
环氧树脂涂层碳纳米管材料在多个领域有着广泛的应用前景。
在复合材料领域，环氧树脂涂层碳纳米管可以用于制备高性能的复合材料，如航空航天领域的结构材料、汽车领域的车身材料等，可以大大提高材料的性能指标。
在电子器件领域，环氧树脂涂层碳纳米管可以制备导电性能优异的材料，应用于柔性电子器件、传感器等领域。
在防腐涂料领域，环氧树脂涂层碳纳米管可以提高涂层的耐腐蚀性能，延长涂层的使用寿命。
随着碳纳米管制备技术的不断发展和环氧树脂涂层碳纳米管材料研究的深入，
相信这种新型材料将在更多领域展现出优越的性能，并为材料科学领域带来更多的创新和突破。
碳纳米管的研究与应用前景随着科技不断的发展，材料学也逐渐成为了一个重要的领域。
在材料学研究中，碳纳米管(CNTs)被认为是一种十分有前途的材料，因为它在力学性质、电学性质、热学性质等方面都有着出色的特性。
本文将探讨碳纳米管的研究与应用前景，希望能够为其进一步的研究提供一些参考。
一、碳纳米管的发现与基本特性碳纳米管是由碳原子构成的薄膜材料。
1985年，日本学者Sumio Iijima第一次通过透过电子显微镜发现了碳纳米管。
碳纳米管呈现为一个细长的管状结构，直径在纳米级别，长度可以达到微米级别。
碳纳米管内部空腔的直径通常在1-2nm之间，而碳纳米管壁的厚度则在0.3-0.7nm之间。
碳纳米管分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)两种类型，其中单壁碳纳米管由一层碳原子组成，而多壁碳纳米管内部有多个碳原子层，层数在2-100之间。
碳纳米管的物理特性主要包括力学性质、电学特性和热学性质。
碳纳米管的弹性模量通常在1.0-4.5 TPa之间，这是因为碳纳米管的晶格结构独特，可以承受较大的拉伸力。
碳纳米管的导电性是其重要的电学性质之一，其导电性一般比铜等金属导体要高得多。
此外，碳纳米管还具有很高的热导率，是银的5倍，铜的10倍。
因此，碳纳米管在材料学方面的应用前景非常广阔。
下面将从材料、电子学和能源等方面讨论碳纳米管的应用。
二、碳纳米管的材料应用碳纳米管在材料学方面的应用非常广泛。
其机械性能好、导热性好、导电性好、化学稳定性好等特点，使得碳纳米管成为材料学领域的研究热点。
联合国工业发展组织曾在一份报告中指出，碳纳米管可用于新一代材料的制备，广泛应用于催化、光纤、电子材料等领域。
在催化剂方面，碳纳米管的物理化学性质可以被用于催化反应。
美国斯坦福大学的科学家研究表明，碳纳米管可以用于制备高效的催化剂。
其超高表面积使得活性中心密度很高，可以得到很高的催化效率。
在电子材料方面，碳纳米管可以用于制造半导体、纳米晶体管等器件。
第2O卷第2期高分子材料科学与工程VOl.2O9NO.22OO4年3月POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING Mar.2OO4碳纳米管在导电涂料中的应用研究D碳纳米管对导电涂料导电性的影响冯永成9瞿美臻9周固民9张伯兰9于作龙中国科学院成都有机化学研究所9国家纳米科学中心9四川成都61OO41D摘要2简述了导电涂料的用途和碳纳米管这种新型功能碳材料作为导电涂料导电介质的一些优点9研究了碳纳米管的管径9长径比9分散度以及用量对导电涂料导电性的影响O关键词2碳纳米管9导电涂料9体积电阻率9抗静电9逾渗中图分类号2TB383文献标识码2A文章编号21OOO-7555 2OO4D O2-O133-O3导电涂料是具有一定的传导电流和消散静电荷能力的功能性涂料9按其组成及导电机理可分为两大类2结构型本征型D导电涂料和复合型添加型D导电涂料9目前实际应用得较多的是复合型导电涂料9它是利用导电填料来实现导电的9其导电机理比较复杂9目前比较一致的看法主要是导电填料相互接触形成连续网链9载流子可在网链上运动9从而使涂层导电[1]O导电涂料的主要用途是抗静电ESD D~电磁波屏蔽EMI D和作为电加热体9其中抗静电涂料是目前所有导电涂料中应用最为广泛的一类[2]O导电填料是添加型导电涂料的重要组成部分9也是导电涂料所需研究的重点9常用的导电填料包括碳系填料~金属系填料~金属氧化物系填料和复合系填料O本文主要研究一种新型的碳材料碳纳米管CNTS D作为导电填料在导电涂料中的应用O碳纳米管自1991年被日本NEC的电镜专家饭岛Iijima D教授首先发现以来[3]9短短十几年之间9这种纳米尺寸的炭质管状物就引起了全球性物理~化学和材料等科学界的广泛兴趣[495]O由于碳纳米管的特殊结构和优异的力学~电学和光学性能以及其潜在的工业价值9使其逐渐成为化学~物理和材料等学科领域的研究热点9有人甚至将它誉为~21世纪的黑色钻石O由于碳纳米管具有很好的导电性9同时又拥有较大的长径比9因而很适合做导电填料9相对于其它金属颗粒和石墨颗粒9用很少的量就能形成导电网链9且其密度比金属颗粒小得多9不易因重力的作用而聚沉O本文正是利用碳纳米管的这些特性将其作为导电介质加入到涂料中9就碳纳米管本身的一些特性对涂料导电性的影响加以讨论O1实验部分1.1实验方法实验所用的碳纳米管为本课题组及深圳纳米港有限公司用催化气相沉积法CCVD D生产的多壁碳管9将碳纳米管用热的浓硝酸进行纯化和表面处理9然后对其进行球磨截断处理9接着将处理好的碳纳米管加入E-51环氧树脂中9加入分散剂后用溶剂稀释9超声振荡1h9然后加入一定比例的固化剂9再用超声波振荡O.5h9最后在聚酯膜样板上涂膜9待完全固化后测其电阻率O碳纳米管的截短情况和在涂料中的分散情况用透射电子显微镜进行表征O 1.2实验仪器GM-1F球磨机9KG-1OO DB型数控超声波收稿日期22OO3-1O-14基金项目2国家863计划资助项目 2OO2AA3O2615D作者简介2冯永成 1972-D9男9博士生.E-mail2fengyc66@清洗器;MF50万用表;HZ2513型高阻仪;WS-RTG330表面电阻测试仪;JEM-100CX透射电子显微镜;LKB-V超薄切片机;HITACHI H-600透射电子显微镜等OFig.1tEM images of the CNtsa,raw CNTs;b,CNTs treated by ball milled for1.5h;c,CNTs dispersed in conductive coatings.Fig.2Ef f ects of the diameter of CNts on the volume resistance of conductive coatings2结果与讨论2.1碳纳米管的分散好坏对导电涂料导电性的影响分别取两个相同量(0.5%)的同种碳纳米管(10nm~30nm)试样一个经过球磨和加偶联剂等处理后加入到环氧树脂中超声分散1 h加入固化剂后继续超声0.5h最后涂膜待完全固化后测其电阻值碳钠米管的透射电镜照片见Fig.1;另一个不做任何表面处理直接将碳纳米管试样加入到环氧树脂中经过简单的机械搅拌后制成涂料待完全固化后测其电阻值结果前者为2>107-cm后者为3.2> 109-cm相差了两个数量级这是由于前者分散较好碳纳米管在环氧树脂基材中形成的导电通路较多所以导电性较好其分散情况见Fig.1(c)Fig.1(c)为分散较好的碳纳米管导电涂料超薄切片透射电镜图O2.2碳纳米管的管径对导电涂料导电性的影响取一系列不同管径的碳纳米管做导电填料用2.1中的分散方法在相同配比条件下(CNTs=E-51环氧树脂=JA-1固化剂(质量比)为1=5= 1 常温固化)制备涂料并涂膜待完全固化后分别测定它们的体积电阻率结果见Fig.2O由Fig.2可知涂料的体积电阻率随碳纳米管的管径的增大而增大亦即涂料的导电性随碳纳米管的管径增大而降低O这是因为相同质量的碳纳米管中碳纳米管的管径越细其管数就越多在添加到导电涂料中形成导电网链时互相接触的机会就越多从而形成的导电通路也就越多导电性自然就越好OFig.3the curve of length-diameter ratio of CNts ver-sus the time of ball milled2.3碳纳米管的长径比对导电涂料导电性的影响通过改变同一管径碳纳米管的长度来获取不同长径比O取10nm~30nm的碳纳米管进行球磨截短碳纳米管的长径比与球磨时间的关系见Fig.3 由Fig.3可知碳纳米管的球磨时间越长长径比越小因为球磨时间越长碳纳米管被截得越短其长径比自然就越短O然后分别用这些截短了的碳纳米管作导电填料制成涂料(CNTs=E-51环氧树脂=JA-1固化剂(质量比)为0.5=5= 1 常温固化)待完全固化后测其导电性以体积电阻率的对数与碳纳米管长径比的关系作图其结果见Fig.4O由Fig. 4可知当碳纳米管长径比约为250时其涂料导电性最好当长径比小于250时涂料导电性随长径比的增大而增强;当长径比大于250时涂料导电性随长径比的增大而减弱O这是因为431高分子材料科学与工程2004年碳纳米管长径比过小( 250)时同等条件下长径比越小越不易形成导电网络这也是通常情况下球状导电填料不如片状或线状填料好的原因;当碳纳米管长径比过大( 250)时长径比越大碳纳米管越易相互缠绕就越难在基质材料环氧树脂中均匀地分散也就越难形成良好的导电网络o因此碳纳米管做导电填料的最佳长径比约为250 对应的球磨时间为l.5h (见Fig.3)其电子显微镜照片见Fig.l(b)oFig.4Eff ects of the length-diameter ratio of CNts on the the volume resistance of conductive coatingsFig.5Ef f ects of the CNts concentration on the the vol-ume resistance of conductive coatings2.4碳纳米管的含量对导电涂料导电性的影响取l0nm~30nm的碳纳米管用球磨~超声分散加入偶联剂等方法使碳纳米管均匀分散在环氧树脂中制得一系列不同百分含量的碳纳米管导电涂料待完全固化后分别测其体积电阻率以体积电阻率的对数对碳纳米管的质量百分含量作图结果见Fig.5o由Fig.5可知总的趋势是碳纳米管的含量越高其体积电阻率越小导电性越好o从Fig.5还可看到在碳纳米管含量为0.5%时曲线出现了一个拐点这说明有逾渗现象(亦称渗流作用)存在[6 7]其逾渗阈值(和渗流临界值)为0.5%o可解释为0.5%为一临界值当碳纳米管的含量小于0.5%时碳纳米管在涂料中不易形成导电通路只有当碳纳米管的含量大于或等于0.5%这一临界值时才能形成较好的导电通路o Fig.5中碳纳米管含量为0.5%~8%时涂料处于抗静电区域;碳纳米管含量大于8%时涂料处于导电区域o3结论(l)碳纳米管作为导电涂料的导电介质时其管径越小所制得的导电涂料导电性越好o(2)碳纳米管作为导电涂料的导电介质的最佳长径比约为250o当碳纳米管长径比大于250时所制得的涂料导电性随长径比的增大而减小;当碳纳米管长径比小于250时所制得的涂料导电性随长径比的增大而增大o(3)一般地碳纳米管的含量越高所制得的涂料导电性越好o当碳纳米管的含量大于或等于0.5%(逾渗阈值)时碳纳米管在环氧树脂中分散得越好其涂料导电性越好o参考文献:[l]吕月仙(LV Xue-xian).华北工学院学报(Journal of North China Institute of technology)l998 l9(4):329~332.[2]张兴义(Z~ANG Xing-yi).电机电器技术(Dianji Dian-gi Jishu)2000 (3):33~36.[3]Iijima S.Nature l99l354(6348):56~58.[4]Ajayan P M.Chem.Rev.l999 99:l787~l799.[5]杨全红(YANG@uan-hong)刘敏(LI U Min)成会明(C~E NG~ui-ming)等.材料研究学报(Chinese Jour-nal of Materials Research)200l l5(4):375~386. 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YUAN Lin-sheng丙烯酸酯/碳纳米管导电涂料的制备及其性能研究[期刊论文]-材料开发与应用2006,21(2)2.周如东.吴璇.张荣伟.陆文明.陆梦南碳纳米管在涂料中的应用研究概况[期刊论文]-上海涂料2009,47(1)3.毛蕾蕾.Mao Leilei碳纳粹管涂料的研究进展[期刊论文]-中国涂料2008,23(9)4.喻冬秀.陈明涛.程江.杨卓如.Yu Dongxiu.Cheng Mintao.Cheng Jiang.Yang Zhuoru碳纤维体系导电涂料的制备工艺[期刊论文]-化工新型材料2007,35(11)5.武俐明.苏勋家.侯根良.贾海鹏.WU Li-ming.SU Xun-jia.HOU Gen-liang.JIA Hai-peng炭系导电涂料的研究进展[期刊论文]-热固性树脂2008,23(5)6.傅敏导电涂料以及导电材料在导电涂料中的应用发展概况[期刊论文]-涂料技术与文摘2006,27(2)7.杨超.王云普.郭金山.刘汉功.田震坤.Yang Chao.Wang Yunpu.Guo Jinshan.Liu Hangong.Tian Zhenkun环境友好型氟碳导电涂料的研究[期刊论文]-涂料工业2007,37(z1)1.赵德旭.李巧玲.叶云锶铁氧体包覆碳纳米管复合材料的研究[期刊论文]-化工新型材料 2010(6)2.曹素芝.孙晓刚.曾效舒高速剪切对碳纳米管/环氧树脂复合材料导电性能的影响[期刊论文]-机械工程材料 2008(6)3.钟庆东.杭建忠.张文涛.施利毅.袁理.郦希导电涂料研究进展[期刊论文]-上海电力学院学报2005(2)4.李留东.董存峰.杨茂伟.狄志刚.付敏抗静电涂料的抗静电机理探讨[期刊论文]-涂料技术与文摘。
碳纳米管在涂料中的应用研究概况周如东，吴璇，张荣伟，陆文明，陆梦南（中海油常州涂料化工研究院213016）摘要：碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。
综述了碳纳米管的结构、性能和制备方法以及碳纳米管在导电涂料、抗静电涂料、隐身吸波涂料等一系列功能性涂料中的应用研究现状，并指出了碳纳米管应用于涂料工业亟待解决的问题。
关键词：碳纳米管；导电涂料；抗静电；隐身涂料；吸波涂料前言纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，展现出许多独特的物理化学性质。
20世纪80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国都给予了极大关注。
它所具有的独特性质，给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带米新的机遇。
近年来，新型纳米材料和纳米技术在涂料工业中获得了大量应用，为提高涂料性能和赋予其特殊功能开辟了一条新途径。
作为一种极具发展潜力的新型纳米材料，碳纳米管（CarbonNanotubes，CNTs）具有金属或半导体的导电性、极高的机械强度、储氢能力、吸附能力和较强的微波吸收能力等特性，将其应用于涂料领域，可使传统涂层的性能得到提升并赋予其新的功能。
1.碳纳米管的结构、性能与制备方法1.1碳纳米管的结构碳纳米管是由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、中空纳米管（原子排列结构见图1）。
按照所含石墨片层数的不同，碳纳米管可以分成单壁碳纳米管（Single-wallednanotubes，SWNTs）和多壁碳纳米管（Multi-wallednanotubes，MWNTs）。
其中，SWNTs由一层石墨片组成；MWNTs 由多层石墨片组成，形状与同轴电缆相似（剖面结构见图2）。
图1 SWNTs原子排列结构示意图图2 MWNTs剖面结构示意图1.2碳纳米管的性能碳纳米管因其小尺寸效应和独特的分子结构，具有优异的物理化学性能。
一维分子材料和六边形完美连接结构使碳纳米管具有质量轻、强度高的特点；较大长径比及sp2、sp3杂化几率不同使碳纳米管具有优良的弹性；直径、螺旋角以及层间作用力等存在的差异使碳纳米管兼具导体和半导体的特性；独特的螺旋状分子结构使碳纳米管构筑的吸波材料具有比一般吸收材料高得多的吸收率。
此外，碳纳米管还具有独特的光学性能，良好的热传导性，极高的耐酸、碱性和__热稳定性。
1.3碳纳米管的制备方法1.3.1电弧法石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。
其原理为电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定。
放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。
这种方法具有简单快速的特点，碳纳米管能够最大程度地石墨化，管缺陷少。
但存在的缺点是：电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。
经过多年研究，科研工作者对该方法进行了改进，如Takizawa等人利用电弧放电法，通过改变催化剂镍和钇的比例，实现了控制产物直径分布的目的。
Colbert等人将一般阴极（大石墨电极）改成一个可以冷却的铜电极，再在上面接石墨电极，这样产物的形貌和结构大为改观，使电弧法再次焕发了青春。
1.3.2催化裂解法催化裂解法亦称为化学气相沉积法，通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成。
其基本原理为将有机气体（如乙炔、乙烯等）混以一定比例的氮气作为压制气体，通入事先除去氧的石英管中，在一定的温度下，在催化剂表面裂解形成碳源，碳源通过催化剂扩散，在催化剂后表面长出碳纳米管，同时推着小的催化剂颗粒前移。
直到催化剂颗粒全部被石墨层包覆，碳纳米管生长结束。
该方法的优点是：反应过程易于控制，设备简单，原料成本低，可大规模生产，产率高等。
缺点是：反应温度低，碳纳米管层数多，石墨化程度较差，存在较多的结晶缺陷，对碳纳米管的力学性能及物理化学性能会有不良的影响。
1.3.3离子或激光蒸发法1996年，诺贝尔化学奖获得者之一的Smally研究小组首次利用激光蒸发法合成了纳米碳管。
此后，激光蒸发法成为制备单壁碳纳米管的有效方法之一。
此法在氩气气流中，用双脉冲激光蒸发含有Fe/Ni（或Co/Ni）的碳靶方法制备出直径分布范围在0.81~1.51nm的单壁碳纳米管。
该法制备的碳纳米管纯度达70%~90％，基本不需要纯化，但其设备复杂、能耗大、投资成本高。
1.3.4其他合成方法近几年来，科研工作者在改进传统制备技术的同时，探索和研究出了一系列新型碳纳米管的制备技术，其中有水热法、火焰法、超临界流体技术、水中电弧法、固相热解法、太阳能法等。
较典型的如：1996年Yamamoto等人在高真空（5.33×10-3Pa）下通过氩离子束对非晶碳进行辐射的方法获得了较纯的纳米碳管。
Chernozatonskii等人通过电子束蒸发涂覆在Si基体上的石墨的方法制备了规则排列的纳米碳管。
Feldman等人利用电解碱金属卤化物的方法制备了直径为30~50nm的多壁纳米碳管。
在碳纳米管产业化进程中，日本和美国一直处于领先的位置。
目前，中国的碳纳米管生产技术在国际上也具有一定的优势，如深圳纳米港公司拥有了具有完全自主知识产权的沸腾床催化热解法生产工艺和装置，清华大学和中科院等科研院所已具备一定规模化生产的条件。
2.碳纳米管在导电涂料中的应用研究碳纳米管与其它金属颗粒或石墨颗粒相比，较少的添加量就能形成导电网链；其密度比金属颗粒小得多，不易因重力的作用而聚沉；其与有机物的相容性优于金属颗粒。
同时，碳纳米管具有很好的导电性且拥有较大的长径比，因而很适合做导电填料。
国内外学者对碳纳米管的导电特性进行了大量研究，其中Ebbesen和Tombler等人对单根碳纳米管的研究表明：由于结构差异，碳纳米管可能是导体，也可能是半导体。
Saito等人通过理论分析认为，根据碳纳米管的直径和螺旋角度，大约有1/3是金属导电性的，而2/3是半导体性的。
Dai等人指出：完美碳纳米管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。
Ugarte等人发现：碳纳米管的径向电阻大于轴向电阻，并且这种电阻的各向异性随着温度的降低而增大。
Huang等人通过计算认为：温度在1.5×10-4K时，直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，预示着碳纳米管在超导领域里的应用前景。
目前，碳纳米管在导电涂料中的应用研究主要是通过改变碳纳米管的结构及含量，改进碳纳米管在导电涂料中的分散以及对碳纳米管进行表面处理来平__衡导电涂料的导电性和其他各项性能。
中国科学院成都有机化学研究所对碳纳米管在导电涂料中的应用进行了系统的研究。
研究发现：碳纳米管作为导电涂料的导电介质时，其管径越小，所制得的导电涂料导电性越好。
碳纳米管作为导电介质，其最佳长径比约为250。
当碳纳米管长径比大于250时，所得涂料的导电性随长径比的增大而减小；当碳纳米管长径比小于250时，所得涂料的导电性随长径比的增大而增大。
当碳纳米管含量为0.5%~8.0%时，涂料处于抗静电区域；碳纳米管含量大于8.0％时，涂料处于导电区域。
范凌云等人制备了一系列丙烯酸酯/碳纳米管导电涂料，考察了涂料相应的电性能、硬度、附着力、柔韧性等。
结果表明：碳纳米管的含量对涂料的电性能有很大影响。
在一定范围内，其含量越高，涂料的导电性能越好，但在含量超过25%以后，碳纳米管/丙烯酸酯涂料的导电性能几乎不再变化。
沈阳金纳新材料有限公司发明了一种导电、电磁屏蔽涂料，其特征在于：该涂料为含有一维纳米碳材料（包括纳米碳管和纳米碳纤维）和粘接剂的组合物，涂覆于制品表面可以制备具有导电、电磁屏蔽功能的涂层。
据介绍，台湾的技术人员以涂银碳纳米管、涂镍碳纳米管及碳纳米管作为导电填料，比较了几种填料制备的电磁屏蔽涂料的屏蔽性能和力学性能。
结果表明：使用碳纳米管可以大大降低填料使用量，在碳纳米管表面涂上一层薄金属膜可以大大提高碳纳米管的导电性，使之满足电磁屏蔽材料的要求。
在碳纳米管水性导电涂料方面，同济大学研发了含碳纳米管水性聚氨酯导电涂料，该导电涂料的涂膜体积电阻率为1×10-5~4×10-4Ω/cm，表面电阻率为1×10-1~2×102Ω，附着力0级，屏蔽效能为70~85dB。
在碳纳米管抗静电涂料方面，冯辉昌等人研制了储油罐碳纳米管导静电防腐涂料，该研究以碳纳米管和云母粉复合作为导静电涂料的导电体，在提高涂膜导静电性能的同时解决了以往导静电涂料抗静电性能与耐油耐热防腐性能难以兼顾的技术难题。
余颖等人采用热压和喷涂两种方法在聚丙烯和聚苯乙烯两种塑料表面涂覆了碳纳米管，研究了这两种方法对碳纳米管覆膜塑料表面所达到的抗静电性的影响。
两种方法制成的抗静电覆膜都能大大降低塑料的表面电阻，但喷涂法更能使碳纳米管在塑料表面均匀分散，从而使塑料表面抗静电性能更加稳定。
3.碳纳米管在隐身吸波涂料中的应用研究隐身吸波涂料作为涂覆型吸波材料中的重要一员，主要由粘结剂和吸收剂组成。
粘结剂是使涂层牢固粘附于被涂物表面形成连续膜的主要物质，主要有氯磺化聚乙烯、环氧树脂和聚氨酯等；吸收剂主要有：导电炭黑、羰基铁吸收剂、铁氧体吸收剂、金属及氧化物超细粉末、多晶铁纤维、纳米吸收剂、导电高分子、等离子体、视黄基席夫碱盐、手征性吸收剂等。
具有特定电磁参数吸收剂是吸波涂料的关键，它决定了吸波涂料的吸波性能。
碳纳米管由于其特有的螺旋、管状结构，高的损耗止切角及独特的AB效应等，呈现出更好的高频宽带吸收特性，在2~18GHz范围内有更小的介电损耗。
并且由于其质量轻、强度高、耐腐蚀、耐高温、抗氧化等优点，将其作为吸波剂添加到高聚物中，制备出兼具吸波性能和优越力学性能的隐身吸波涂料，将是隐身吸波涂料研制的重要方向之一。
当前，波音公司正在尝试用碳纳米管作为隐形飞机的新型隐身涂层（环氧树脂/碳纳米管）的吸波剂。
曹茂盛，高正娟等人利用碳纳米管的螺旋结构和手征性质，制备的碳纳米管/聚酯复合涂层在8~40GHz频段具有良好的吸波性能。
孙晓刚等人将不同质量分数的碳纳米管和环氧树脂充分混合，制成复合吸波涂料。
使用反射率扫频测量系统HP8757E标量网络分析仪检测复合材料的吸波性能。
结果表明：复合材料在2~18GHz频段均有良好的吸波性能。
碳纳米管具有优良的电性能且基本没有磁性，单独采用碳纳米管作为吸波剂不能利用磁损耗机制来消耗更多的电磁波能量。
目前主要通过化学表面修饰或者表面包覆方法使碳纳米管可以同时实现通过磁损耗与电损耗两种机制来损耗电磁波能量。
其中，北京化工大学沈曾民、浙江大学陈小华、中科院金属研究所杜金红开展了碳纳米管表面化学镀镍技术的研究。
