碳纳米管的化学镀铜

湖南大学硕士学位论文碳纳米管的制备、纯化及其复合镀层研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师：***2002.3.31摘要碳纳米管具有优异的力学性能和电学性能，已引起各界科学工作者的广泛关注。

对碳纳米管的研究已成为材料、物理和化学界的研究热点。

本文首先对碳纳米管的制备和纯化进行了研究。

采用催化剂裂解化学气相沉积的方法，用化学共沉淀法制备的ｃｏ催化剂，高产率的制备了多擘碳纳米管。

‘０此同时，对生长过程中影响碳纳米管产量的各个ｌ＝艺参数进行了研究，得ｉｉｊ了最佳的工艺参数。

对制得的碳纳米管进行了纯化，纯化中先对碳纳米管产物进行了酸处理，然后在适宜的温度下煅烧。

在煅烧前，用热重分析的方法，准确地确定了煅烧温度，从而有效地避免了碳纳米管的损失，低损耗的得到了纯净的碳纳米镑。

其次，本文刑碳纳米管复合镀层进行’Ｔ研究。

采用化学复合沉积的方法，将纯净的碳纳米管复合于镍镀层，制备出了碳纳米管镍基复合镀层，并对制备过程中的影响因素进行了分析。

在此基础上，本文对碳纳米管复合镀层的耐磨性能和耐腐蚀性能进行了实验｛】Ｊ『究，并分别对该复合镀层的磨损和腐蚀机理进行了探讨。

磨损实验结果表明：｛嵌纳米管复合镀层在同等的载荷条件下具有较低的干摩擦系数，其耐磨损性能优丁同等条件下的镍镀层和碳化硅复合镀层。

失重腐蚀实验和电化学实验结果则表明：碳纳米管的存在可使复合镀层电位变得更正，有效地提高了复台镀层的耐腐蚀性能。

在同等腐蚀条件下复合镀层的耐腐蚀性能较之镍镀层要高。

关键词：碳纳米管制各和纯化复合镀层耐磨性能耐腐蚀性能ＡｂｓｔｒａｃｔＣａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｈａｖｅａｒｏｕｓｅｄｍａｎｙｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ’ＩｎｔｅｒｅｓｔｓｂｅｃａｕｓｅＯｔｌｔＳｒｅｍａｒｋａｂｌｅｍｅｃｈａｎｉｃａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｓｏｆａｒ，ｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｈａｓｂｅｅｎｔｈｅｈｏｔｓｐｏｔｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｐｈｙｓｉｃｓａｎｄｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＵｓｉｎｇｔｈｅＣｏｃａｔａｌｙｓｔｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｃｈｅｍｉｃａｌＣＯ－ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｗｅｒｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｔｈｅｃａｔａｌｙｔｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄＴｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｈｉｃｈａｆｆｅｃｔｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｗｅｒｅａｌｓｏｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｐａｒａｍｅｔｅｒｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｗｅｒｅｐｕｒｉｆｉｅｄｂｙｃａｌｃｉｎｅｄｉｎａｓｕｉｔａｂｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｆｔｅｒｔｈｅａｃｉｄ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｂｅｆｏｒｅｔｈｅｃａｌｃｉｎｅｄｐｒｏｃｅｓｓ，ＴＧＡｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｃａｌｃｉｎｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｂｙｔｈｉｓｗａｙ，ｔｈｅｃｒｕｄｅｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｐｕｒｉｆｉｅｄｗｉｔｈｏｕｔｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｌｏｓｉｎｇ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒＴｈｅｐｕｒｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｗｅｒｅｄｅｐｏｓｉｔｅｄｉｎｔｈｅｎｉｃｋｅｌｃｏａｔｉｎｇｂｙｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｏｍｅｆａｃｔｏｒｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ．ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓｕｃｈａｓｔｈｅｗｅａｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ＴｈｅｗｅａｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄＴｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｗｅａｒｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｔｈａｔＣＮＴｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｈａｖｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅ１０ａｄ．ｔｈｅｄｒｙｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｎｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅＣＮＴｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｎｉｃｋｅｌｃｏａｔｉｎｇａｎｄＳｉＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇ．Ｆｒｏｍｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｗｅｉｇｈｔ．１０ｓｓｍｅｔｈｏｄａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆｔｈｅＣＮＴｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｉｓｍｏｒｅｐｏｓｉｔｉｖｅｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｐｕｒｅｎｉｃｋｅｌｃｏａｔｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅＣＮＴｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｎｉｃｋｅｌｃｏａｔｉｎｇ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅＣＮＴｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄｄｕｅｔｏｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅＩＩ第一章绪论１．１碳纳米管的发现碳元素作为自然界中最普遍的元素之一，以其特有的成键轨道，可形成丰富多彩的碳族材料。

《CNTs-Cu复合材料的制备及其性能研究》篇一CNTs-Cu复合材料的制备及其性能研究一、引言近年来，随着科技的发展，复合材料因其在强度、硬度、耐热性以及导电性等方面的优越性能而受到广泛的关注。

特别是碳纳米管（CNTs）与金属基复合材料，它们以其独特的结构和性能在众多领域中展现出巨大的应用潜力。

CNTs/Cu复合材料作为其中的一种，其制备工艺和性能研究显得尤为重要。

本文旨在研究CNTs/Cu复合材料的制备方法，并对其性能进行详细分析。

二、CNTs/Cu复合材料的制备CNTs/Cu复合材料的制备主要采用化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）。

其中，CVD法具有成本低、制备效率高、易操作等优点，因此在本研究中采用CVD法制备CNTs/Cu复合材料。

具体步骤如下：首先，将铜基底进行预处理，包括清洗和活化；然后，在预热的铜基底上通入含有碳源的气体，如甲烷或乙烯；在高温条件下，碳源气体在铜基底上分解并形成碳纳米管；最后，通过冷却和后处理得到CNTs/Cu复合材料。

三、性能研究（一）形貌分析利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对制备的CNTs/Cu复合材料进行形貌分析。

SEM图像显示，碳纳米管均匀地分布在铜基底上，具有良好的分散性和排列性。

TEM 图像则能更清晰地观察到碳纳米管的管状结构和微观形貌。

（二）力学性能分析通过纳米压痕仪对CNTs/Cu复合材料的硬度、弹性模量和韧性等力学性能进行测试。

结果表明，与纯铜相比，CNTs/Cu复合材料具有更高的硬度和更好的韧性。

这主要归因于碳纳米管的优异力学性能以及其在基体中的良好分布。

（三）导电性能分析利用四探针电阻测量仪对CNTs/Cu复合材料的导电性能进行测试。

结果表明，随着碳纳米管含量的增加，复合材料的导电性能逐渐提高。

这主要得益于碳纳米管的高导电性和良好的导电网络。

此外，铜基底的导电性也为提高复合材料的导电性能提供了有力支持。

（四）热稳定性分析通过热重分析（TGA）对CNTs/Cu复合材料的热稳定性进行研究。

化学气相沉积法制备碳纳米管材料化学专业制备原料碳源多为乙烯或者乙炔；催化剂颗粒多为亲碳的、过渡金属的纳米粒子如铁、镍、镁、钼等。

制备工艺在高温条件下碳源气体在过渡金属纳米颗粒的催化作用下分解，碳原子在催化剂例粒子中熔解、饱和。

在催化剂粒子中饱和并析出碳形成了小管状的碳固体即碳纳米管。

碳纳米管的性能力学性能：碳纳米管中碳原子采取SP2杂化S轨道成分比较大，使其具有高模量、高强度，具有优异的力学性能。

理想的碳纳米管的抗拉强度可高达100GPa。

一般碳纳米管的抗拉强度可达50-200GPa,是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，弹性模量高达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。

不同的SP2和SP3杂化几率使碳纳米管其表现出优良的弹性，柔韧性，易拉伸，十分柔软，同时它还具有与金刚石相当的硬度和极大的长径比，可以作为理想的高强度纤维材料，被称为未来的“超级纤维”。

导电性能：碳原子最外层有4个电子，碳纳米管具有类石墨结构，石墨的每个碳原子最外层的三个电子与三个最邻近的碳原子以SP2杂化，呈现层状结构。

碳原子的另一个未成对电子位于垂直于层片的π轨道上，碳纳米管具有石墨的良好导电性能。

碳纳米管由石墨片卷曲而来，其导电性能由石墨片的卷曲方式决定，即导电性能取决于它的管径和手性。

不同手性的碳纳米管可分别呈现金属性、半导体性。

给定的碳纳米管的手性矢量Ch=na1+ma2，若n．m=3k(k为整数)，那么该方向碳纳米管呈现金属性，可视为良好的导体。

其中，若n=m，碳纳米管电导率可高达铜的l万倍，导电性极好。

当n．m不等于3k(k为整数)时，该方向碳纳米管视为半导体。

另外，在碳纳米管的管壁上往往有成对的五元环和七元环出现，这些缺陷会导致新的导电行为，为碳纳米管的导电性做贡献。

传热性能：碳纳米管的类石墨结构使得其具有良好的传热性能，另外，准一维结构使得沿着碳纳米管轴向方向的热交换极易进行，由此，可以通过制备定向的碳纳米管阵列从而获得某个方向热传导性能极好的产品。

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。

第３７卷㊀第３期沈㊀阳㊀化㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报Ｖｏｌ.３７㊀Ｎｏ.３２０２３.０６ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＥＮＹＡＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＣＨＥＭＩＣＡＬＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪｕｎ.２０２３收稿日期:㊀２０２２－０８－０２基金项目:㊀国家自然科学基金项目(２１５０２１１８)ꎻ辽宁省自然基金项目(２０１９－ＺＤ－００７１)作者简介:㊀朱晓宇(１９８５ )ꎬ女ꎬ湖北襄阳人ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ主要从事有机合成与催化研究.通信联系人:㊀李文泽(１９７６ )ꎬ男ꎬ辽宁沈阳人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事功能材料的合成与可控组装研究.文章编号:㊀２０９５－２１９８(２０２３)０３－０１９３－０７碳纳米管增强铜铬基复合材料的制备及其性能研究朱晓宇１ꎬ㊀梁雨苏２ꎬ㊀李文泽１(１.沈阳化工大学理学院ꎬ辽宁沈阳１１０１４２ꎻ２.北方华锦化学工业集团有限公司安全环保部ꎬ辽宁盘锦１２４０２１)摘㊀要:㊀以带羧基官能团的碳纳米管和片状铜铬粉为原料ꎬ通过对片状铜铬粉表面进行亲水处理ꎬ并采用湿法分散 粉末冶金工艺制备得到了碳纳米管/铜铬复合材料ꎬ实现了碳纳米管在铜铬基体中的均匀分散.采用场发射扫描电镜观察了复合材料块体的组织形貌ꎬ并研究了碳纳米管和铬含量对复合材料力学性能和导电性能的影响.结果表明:碳纳米管的体积分数为２％ꎬ铬在合金粉中的质量分数为３％为最优体系ꎻ碳纳米管的加入使铜铬基体的屈服强度提高了约１２％ꎬ抗拉强度提高了约１３％ꎬ摩擦系数降低了约１９％ꎬ导电率降低了约２３％.关键词:㊀铜铬基复合材料ꎻ㊀碳纳米管ꎻ㊀力学性能ꎻ㊀电导率ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－２１９８.２０２３.０３.００１中图分类号:㊀ＴＢ３３３㊀㊀㊀文献标识码:㊀Ａ㊀㊀碳纳米管(ＣＮＴ)是由石墨烯片层结构卷积形成的准一维纳米材料ꎬ具有极高的强度(ʈ３０ＧＰａ)和刚度(ʈ１ＴＰａ)ꎬ良好的导电㊁导热性能ꎬ低密度以及自润滑等特性ꎬ与金属复合后可获得综合性能优异的复合材料[１－３].然而ꎬＣＮＴ自身易于团聚形成团簇ꎬ难以均匀分散到金属基体中ꎬ无法发挥其优良性能ꎬ而且ＣＮＴ与金属基体间弱的界面浸润性也使得界面结合强度较低ꎬ大大影响了复合材料的力学和电学性能.如何使ＣＮＴ均匀地分散到金属基体中ꎬ且能保持良好的界面结合是得到高性能ＣＮＴ增强金属基复合材料的关键[４－９].铜和铜合金具有优良的导电性与热导率ꎬ还具有良好的可塑性ꎬ但其在室温下的强度和耐磨性不足ꎬ大大限制了其应用[１０].将ＣＮＴ添加到铜基体中ꎬ有望得到强度高㊁耐磨性强㊁导电性良好等综合性能优异的铜基复合材料[１１－１６].目前制备ＣＮＴ增强铜基复合材料(ＣＮＴ/Ｃｕ)最常用的方法是基于高能球磨的粉末冶金法[１７－２０]ꎬ但是高能球磨常常会造成ＣＮＴ结构损伤ꎬ不利于高性能复合材料的获取.本文考虑到纯铜基体较软ꎬ因而选择具有较高强度的铜铬合金为基体.首先对铜铬合金粉末表面进行亲水处理ꎬ然后采用溶液辅助分散方法使ＣＮＴ均匀吸附在铜铬合金表面ꎬ实现ＣＮＴ的均匀分散ꎬ再通过粉末冶金工艺制备得到了ＣＮＴ增强铜铬(ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ)复合材料ꎬ对其形貌组织进行了扫描电镜观察ꎬ并测试了材料的力学和电学性能.１㊀试验部分１ １㊀药品㊁试剂与仪器实验原始材料为经酸处理后带羧基官能团的ＣＮＴ(中国科学院成都有机所)以及含铬１％㊁２％和３％(质量分数)的片状铜铬合金粉(北京兴荣源科技有限公司)ꎬ单个ＣＮＴ的平均长度在０ ５~２μｍ之间ꎬ外径在３０~５０μｍ㊀１９４㊀沈㊀阳㊀化㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２３年之间.十二烷基苯磺酸钠㊁聚乙烯醇㊁油酸基胺乙基咪唑啉㊁油酸基酰胺乙基咪唑啉均为分析纯ꎬ国药化学试剂公司.油酸基胺乙基咪唑啉㊁油酸基酰胺乙基咪唑啉的分子结构式如图１所示.图１㊀咪唑啉的分子结构式Ｆｉｇ １㊀Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｉｍｉｄａｚｏｌｉｎｅｓ㊀㊀ＦＳ－４５０Ｎ超声波处理器ꎬ上海生析超声仪器有限公司ꎻＡＴＲ３１１０拉曼光谱仪ꎬ奥谱天成光电有限公司ꎻ２００ＭＡＴＺｅｉｓｓ金相显微镜ꎬ德国蔡司公司ꎻＡｐｒｅｏ场发射扫描电镜㊁Ｔａｌｏｓ透射电镜ꎬ赛默飞世尔科技有限公司ꎻＩｎｓｔｒｏｎ５９８２万能试验机ꎬ英斯特朗试验设备贸易有限公司ꎻＭＰＸ－２０００销盘式摩擦磨损试验机ꎬ济南华兴试验设备有限公司.１ ２㊀碳纳米管增强铜铬(ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ)复合材料的制备㊀㊀ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ复合材料采用湿法分散 粉末冶金工艺路线制备ꎬ具体流程见图２.采用超声波分散仪将羧基官能化的ＣＮＴ分散到质量分数为１ ５％的阴离子活性剂十二烷基苯磺酸钠的水溶液中制备５ｇ/Ｌ的ＣＮＴ分散液ꎬ将１００ｇ片状铜铬粉经咪唑啉亲水处理得到具有高亲水活性的官能化片状铜铬粉ꎬ在机械搅拌的作用下ꎬ将官能化片状铜铬粉加入到８０ｍＬＣＮＴ分散液中ꎬ使其表面吸附ＣＮＴꎬ通过过滤漂洗得到ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ复合材料粉末.将获得的复合材料粉末经氢气热还原(６７３Ｋ)ꎬ在真空热压(１２７３Ｋ)下保温２ｈ得到热压锭ꎬ再经过热挤压(８７３Ｋꎬ挤压比１０ʒ１)得到ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ复合材料.图２㊀ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ复合材料制备流程Ｆｉｇ ２㊀ＴｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ㊀㊀在万能试验机上进行力学性能测试的应变速率为１０－３Ｓ－１ꎬ采用涡流法测定材料块体的电阻率ꎬ测试试样尺寸为ϕ２８ｍｍˑ４ｍｍ.１ ３㊀ＣＮＴ水分散液的制备优化初始经酸处理后带羧基的ＣＮＴ为团聚状球形颗粒ꎬ直径在１~４μｍ之间ꎬ其粉末形貌如图３(ａ)所示.图３(ｂ)和图３(ｃ)为超声波处理不同时间ＣＮＴ的形貌及分散情况.可以看出超声波处理可有效分散ＣＮＴꎬ仅经过１ｈ超声波处理即可使大部分ＣＮＴ团聚消失ꎬ分散到阴离子活性剂的水溶液中.延长到２ｈ后ꎬＣＮＴ已完全以单根的形式分散于溶液中ꎬ但ＣＮＴ的长度短化明显.图３㊀ＣＮＴ的分散情况Ｆｉｇ ３㊀ＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆＣＮＴ㊀第３期朱晓宇ꎬ等:碳纳米管增强铜铬基复合材料的制备及其性能研究１９５㊀㊀㊀表１为ＣＮＴ超声不同时间的拉曼光谱ＩＧ/ＩＤ结果.ＩＧ/ＩＤ值越小ꎬ表明ＣＮＴ表面结构损伤越大.可以看出ꎬ随着超声波时间的延长ꎬＣＮＴ的损伤逐渐变大.综合考虑ＣＮＴ的分散㊁长度以及结构损伤结果来看ꎬ最优的超声分散时间应为２ｈꎬ既可以保持单根分散ꎬ又能保持较长的长度㊁较小的损伤.表１㊀ＣＮＴ超声不同时间的拉曼光谱ＩＧ/ＩＤ值Ｔａｂｌｅ１㊀ＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒａＩＧ/ＩＤｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃＣＮＴａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓｔ/ｈＩＧ/ＩＤ０１.３９１１.３７２１.３２３１.２８４１.１１１ ４㊀片状铜铬粉表面处理工艺优化片状铜铬粉表面本身不含官能团ꎬ并不能使ＣＮＴ吸附到铜铬粉表面ꎬ需要对片状铜铬粉进行一定的亲水官能化处理才能使其吸附ＣＮＴ.对片状铜铬粉进行三种不同工艺的处理:(１)对片状铜铬粉进行聚乙烯醇处理ꎻ(２)对片状铜铬粉先用含较少亲水基团的油酸基胺乙基咪唑啉处理ꎬ再用聚乙烯醇处理ꎻ(３)对片状铜铬粉先用含较多亲水基团的油酸基酰胺乙基咪唑啉处理ꎬ再用聚乙烯醇处理.工艺(１)的步骤为:将１００ｇ片状铜铬粉与５００ｍＬ质量分数为３％的聚乙烯醇溶液搅拌混合１ｈꎬ然后过滤㊁漂洗㊁抽滤㊁真空干燥ꎻ工艺(２)和(３)的步骤为:将１００ｇ铜铬粉与２５０ｍＬ质量分数为２％的咪唑啉溶液搅拌混合１ｈꎬ抽滤㊁室温下自然干燥ꎬ再与５００ｍＬ质量分数为３％的聚乙烯醇溶液搅拌混合１ｈꎬ过滤㊁漂洗㊁抽滤㊁真空干燥.咪唑啉作为铜的常用防锈缓蚀剂ꎬ其分子结构中的五元杂环与铜亲合力强ꎬ容易吸附在铜铬粉表面ꎬ并在后续处理中与聚乙烯醇通过氢键结合.聚乙烯醇碳链上的羟基( ＯＨ)易于同ＣＮＴ表面的羧基( ＣＯＯＨ)形成氢键ꎬ从而使ＣＮＴ吸附到片状铜铬粉表面.以含铬３％的片状铜铬粉基体(Ｃｕ－３Ｃｒ)为例ꎬ经不同工艺处理后制备的ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ的ＳＥＭ图如图４所示.图４㊀Ｃｒ－３Ｃｒ经不同工艺处理后制备的ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ的ＳＥＭ图Ｆｉｇ ４㊀ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＣＮＴ/Ｃｕ－３ＣｒｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍＣｕ－３Ｃｒｔｒｅａｔｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｅｓ㊀１９６㊀沈㊀阳㊀化㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２３年㊀㊀初始的粉末形貌如图４(ａ)所示ꎬ片状铜铬粉平均直径约１０μｍꎬ厚度约５００ｎｍ.三种不同工艺处理后ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ复合材料粉末的ＳＥＭ图如图４(ｂ) (ｄ)所示.由图４(ｂ)可以看出ꎬ大部分片状铜铬粉表面均未能吸附ＣＮＴꎬ说明对片状铜铬粉仅采用聚乙烯醇处理并不能使其良好地吸附ＣＮＴ.由图４(ｃ)和(ｄ)可以看出:先采用咪唑啉进行缓蚀处理再进行聚乙烯醇处理的铜铬粉能良好地吸附ＣＮＴꎻ咪唑啉缓蚀剂中所含的亲水基团较少时ꎬ即采用油酸基胺乙基咪唑啉处理时ꎬＣＮＴ吸附量较小ꎬ而且在用水漂洗后会出现脱吸附现象ꎻ采用含较多亲水基团咪唑啉ꎬ即油酸基酰胺乙基咪唑啉处理的情况下ꎬ片状铜铬粉吸附ＣＮＴ较多ꎬ吸附也较强ꎬ即使用水漂洗也不会使ＣＮＴ脱吸附.这表明缓蚀剂的亲水基团可有效加强聚乙烯醇在片状铜铬粉上的粘附ꎬ从而通过聚乙烯醇与ＣＮＴ表面的羧基之间的氢键作用ꎬ加强ＣＮＴ在其表面的吸附量与吸附力.综上所述ꎬ选择第三种工艺ꎬ即先采用油酸基酰胺乙基咪唑啉ꎬ再用聚乙烯醇来处理片状铜铬粉ꎬ最终制得的ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ复合材料中ＣＮＴ的质量分数为０ ４％ꎬ体积分数为２％ꎬ将其命名为２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ.２㊀结果与讨论２ １㊀ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ复合材料的微观组织图５为制备得到的２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ复合材料块体的ＣＮＴ分布情况.图５㊀２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ复合材料的ＣＮＴ分布情况Ｆｉｇ ５㊀ＣＮＴｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆ２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ㊀㊀从整体微观形貌来看ꎬ未发现界面存在空洞等宏观缺陷.ＣＮＴ大部分都均匀单根地分散在拉长状的铜晶粒边界上ꎬ而且呈现出明显的取向性.ＣＮＴ的长度也较长ꎬ保持在５００ｎｍ以上.２ ２㊀ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ复合材料的性能２ ２ １㊀ＣＮＴ体积分数对复合材料性能的影响图６为不同ＣＮＴ体积分数下ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ复合材料的硬度和电导率.图６㊀ＣＮＴ体积分数对热压态ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ复合材料性能的影响Ｆｉｇ ６㊀ＥｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＣＮＴｏｎｈｏｔｐｒｅｓｓｅｄＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ㊀㊀随着ＣＮＴ的体积分数从０增加到２％ꎬ热压态复合材料的硬度缓慢提高ꎬ但继续增加ＣＮＴ含量到３％后ꎬ复合材料的硬度开始下降ꎬ甚至低于母材.这可能是由于ＣＮＴ含量过高时ꎬＣＮＴ大量分布于片状铜铬粉表面ꎬ从而使得铜铬粉之间难以通过热压烧结形成有效地结合ꎬ因此引起复合材料硬度的下降.随着ＣＮＴ含量的增加ꎬ复合材料的电导率缓慢下降.这主要是由于ＣＮＴ本身电导率并不高ꎬ而且存在一定含量的半导体性的ＣＮＴꎬ因而ＣＮＴ含量增加电导率㊀第３期朱晓宇ꎬ等:碳纳米管增强铜铬基复合材料的制备及其性能研究１９７㊀却逐步下降.２ ２ ２㊀Ｃｒ质量分数对复合材料性能的影响图７为不同质量分数的Ｃｒ含量下热压态２％ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ复合材料的硬度和电导率.图７㊀Ｃｒ质量分数对热压态２％ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ复合材料性能的影响Ｆｉｇ ７㊀ＥｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆＣｒｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｏｔｐｒｅｓｓｅｄ２％ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ㊀㊀随着Ｃｒ含量的增加ꎬ复合材料的硬度增加明显ꎬ而电导率也随之增加.在１２００Ｋ左右ꎬＣｒ在Ｃｕ中的固溶量仍然很小ꎬ甚至小于１％(质量分数)[２１].理论上来说ꎬ随着Ｃｒ质量分数从１％增加到３％ꎬ基体中残余的Ｃｒ含量大幅度增加ꎬ这会导致强度和电导率的下降ꎬ而我们的实验结果与此并不符合.这可能归因于两个方面ꎬ一方面Ｃｒ与Ｃ具有较强的结合作用ꎬ有利于加强Ｃｕ与ＣＮＴ之间的界面结合ꎬ因而会使复合材料的硬度增加ꎻ另一方面ꎬ虽然ＣＮＴ/Ｃｕ复合材料粉末经过氢气还原ꎬ但在取粉的过程中不可避免地会与空气接触ꎬ从而再次引入一些铜的氧化物.而铬在高温下会与铜的氧化物发生反应从而使其氧含量下降ꎬ这也许是Ｃｒ含量增加而复合材料电导率反而上升的原因.综合以上分析ꎬ复合材料最优化的体系为:Ｃｒ在铜铬合金粉中的质量分数为３％ꎬＣＮＴ在复合材料中的体积分数为２％.２ ２ ３㊀２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ复合材料的力学及导电性能对挤压态２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ复合材料的力学及导电性能进行测试ꎬ结果如表２所示.２％ＣＮＴ加入后ꎬ复合材料强度提高ꎬ但提升的幅度并不明显ꎻ复合材料的导电率相对于基体来说下降明显ꎬ下降了约２２％ꎻ同时ꎬ复合材料的摩擦系数从０ ４３下降到０ ３５ꎬ这主要是由于摩擦过程中ꎬＣＮＴ在磨擦层形成自润滑效应[１２ꎬ２２]ꎬ从而降低了复合材料的摩擦系数.表２㊀挤压态２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ复合材料的力学及导电性能Ｔａｂｌｅ２Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｅｘｔｒｕｄｅｄ２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ材料屈服强度/ＭＰａ抗拉强度/ＭＰａ摩擦系数电导率/％Ｃｕ－３Ｃｒ３０３３２００ ４３８０２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ３４０３６００ ３５６２㊀㊀图８为２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ复合材料拉伸断口的宏观形貌.对于热压态复合材料ꎬ断裂形貌以撕裂棱为主ꎬ几乎观察不到韧窝.由图８(ａ)可知ꎬ断口上仍能观察到片层状铜区以及分布于铜区之间的层状ＣＮＴ区ꎬ这与图４(ｃ)观察到的ＣＮＴ均匀分散于片状铜铬粉表面是一致的.对于挤压后的复合材料ꎬ铜之间的结合明显改善ꎬ出现了明显的韧窝ꎬ但仍能观察到沟壑状的撕裂区.这表明铜粉表面分散的ＣＮＴ阻碍了其两侧铜的热压结合ꎬ即使经过挤压大变形仍不能完全使ＣＮＴ两侧的铜良好结合.此外ꎬ在复合材料断口上还能观察到富积Ｃｒ的区域ꎬ对应粗大的未溶于Ｃｕ基体内的Ｃｒ颗粒ꎬ尺寸约８μｍ.㊀１９８㊀沈㊀阳㊀化㊀工㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２３年图８㊀２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ复合材料拉伸断口Ｆｉｇ ８㊀Ｔｅｎｓｉｌｅｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｏｆ２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ３㊀结㊀论通过对片状铜铬粉表面进行亲水官能化处理ꎬ采用湿法分散 粉末冶金工艺流程成功制备了ＣＮＴ/Ｃｕ－Ｃｒ复合材料ꎬ并实现了ＣＮＴ在铜铬基体中的均匀分散.ＣＮＴ和Ｃｒ的含量对复合材料的硬度和导电性能都有重要影响ꎬ最优化的体系为:ＣＮＴ在复合材料中的体积分数为２％㊁Ｃｒ在铜铬合金粉中的质量分数为３％(２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ).对挤压态复合材料的力学和导电性能测试表明ꎬＣＮＴ的加入使材料的屈服强度提高了约１２％ꎬ抗拉强度提高了约１３％ꎬ摩擦系数降低了约１９％ꎬ电导率降低了约２３％.参考文献:[１]㊀ＢＩＲＣＨＥＭꎬＲＵＤＡ－ＥＢＥＲＥＮＺＴＡꎬＣＨＡＩＭꎬｅｔａｌ.ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｈａｔＩｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅＳｐｅｃｉｆｉｃＳｕｒｆａｃｅＡｒ￣ｅａｓｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓａｎｄＮａｎｏｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].ＡｎｎａｌｓｏｆＯｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌＨｙｇｉｅｎｅꎬ２０１３ꎬ５７(９):１１４８－１１６６.[２]㊀张辉ꎬ孙伟ꎬ杨鹏.碳纳米管导电增强聚乙撑二氧噻吩复合材料的研究[Ｊ].沈阳化工大学学报ꎬ２０１３ꎬ２７(４):３２０－３２６.[３]㊀葛铁军ꎬ汪晶.碳纳米管耐磨改性ＭＣ尼龙及磨损机理[Ｊ].沈阳化工大学学报ꎬ２０１４ꎬ２８(１):３７－４１.[４]㊀ＸＵＣＬꎬＷＥＩＢＱꎬＭＡＲＺꎬｅｔａｌ.ＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍ－ＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄＴｈｅｉｒＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ１９９９ꎬ３７(５):８５５－８５８.[５]㊀ＬＩＣＤꎬＷＡＮＧＸＪꎬＬＩＵＷＱꎬｅｔａｌ.ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＳｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＭａｇｎｅｓｉｕｍＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅ[Ｊ].Ｍａｔｅ￣ｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡꎬ２０１４ꎬ５９７:２６４－２６９.[６]㊀ＺＡＲＥＨꎬＪＡＨＥＤＩＭꎬＴＯＲＯＧＨＩＮＥＪＡＤＭＲꎬｅｔａｌ.ＣｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅꎬＳｈｅａｒꎬａｎｄＦｒａｃｔｕｒｅＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＣＮＴＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＡｌＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＭａｎｕｆａｃ￣ｔｕｒｅｄｂｙＳｅｖｅｒｅＰｌａｓｔｉｃＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅｓｉｇｎꎬ２０１６ꎬ１０６:１１２－１１９.[７]㊀ＺＨＡＯＳꎬＺＨＥＮＧＺꎬＨＵＡＮＧＺＸꎬｅｔａｌ.ＣｕＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈＡｌｉｇｎｅｄＣａｒｂｏｎＮａｎｏ￣ｔｕｂｅｓ:ＭｅｃｈａｎｉｃａｌꎬＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＴｈｅｒｍａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ:Ａꎬ２０１６ꎬ６７５:８２－９１.[８]㊀易健宏ꎬ杨平ꎬ沈韬.碳纳米管增强金属基复合材料电学性能研究进展[Ｊ].复合材料学报ꎬ２０１６ꎬ３３(４):６８９－７０３.[９]㊀ＺＨＡＮＧＸＸꎬＺＨＡＮＧＪＦꎬＬＩＵＺＹꎬｅｔａｌ.Ｍｉｃｒｏ￣ｓｃｏｐｉｃＳｔｒｅｓｓｅｓｉｎＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＡｌｕ￣ｍｉｎｕｍＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＤｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙＩｎ－ＳｉｔｕＮｅｕｔｒｏｎＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０ꎬ５４:５８－６８.[１０]陈文亮ꎬ黄春平ꎬ柯黎明.碳纳米管增强铜基复合材料的研究进展[Ｊ].机械工程材料ꎬ２０１２ꎬ３６(６):５－８ꎬ１２.[１１]ＣＨＡＳＩꎬＫＩＭＫＴꎬＡＲＳＨＡＤＳＮꎬｅｔａｌ.Ｅｘｔｒａｏｒｄｉ￣ｎａｒｙＳｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇＥｆｆｅｃｔｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓｉｎＭｅｔａｌ－ＭａｔｒｉｘＮａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙＭｏ￣ｌｅｃｕｌａｒ－ＬｅｖｅｌＭｉｘｉｎｇ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ㊀第３期朱晓宇ꎬ等:碳纳米管增强铜铬基复合材料的制备及其性能研究１９９㊀２００５ꎬ１７(１１):１３７７－１３８１.[１２]ＫＩＭＫＴꎬＣＨＡＳＩꎬＨＯＮＧＳＨꎬｅｔａｌ.Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ￣ｔｕｒｅｓａｎｄＴｅｎｓｉｌｅＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＲｅ￣ｉｎｆｏｒｃｅｄＣｕＭａｔｒｉｘＮａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡꎬ２００６ꎬ４３０(１/２):２７－３３.[１３]ＬＩＭＢꎬＫＩＭＣＪꎬＫＩＭＢꎬｅｔａｌ.ＴｈｅＥｆｆｅｃｔｓｏｆＩｎｔｅｒ￣ｆａｃｉａｌＢｏｎｄｉｎｇｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＳｉｎｇｌｅ－ＷａｌｌｅｄＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｐｐｅｒＭａｔｒｉｘＮａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２００６ꎬ１７(２３):５７５９－５７６４.[１４]ＫＩＭＫＴꎬＣＨＡＳＩꎬＨＯＮＧＳＨ.ＨａｒｄｎｅｓｓａｎｄＷｅａｒＲｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｕＭａｔｒｉｘＮａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡꎬ２００７ꎬ４４９/４５１:４６－５０.[１５]陶静梅ꎬ洪鹏ꎬ陈小丰ꎬ等.碳纳米管增强铜基复合材料的研究进展[Ｊ].材料工程ꎬ２０１７ꎬ４５(４):１２８－１３６.[１６]王英文ꎬ王开ꎬ于欣瑞ꎬ等.碳纳米管对ＣｕＯ－ＺｎＯ－Ｇａ２Ｏ３/ＨＺＳＭ－５催化剂性能的影响[Ｊ].沈阳化工大学学报ꎬ２０２０ꎬ３４(３):２１０－２１５.[１７]ＤＯＮＧＳＲꎬＴＵＪＰꎬＺＨＡＮＧＸＢ.ＡｎＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｌｉｄｉｎｇＷｅａｒＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＣｕ－ＭａｔｒｉｘＣｏｍ￣ｐｏｓｉｔｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓ[Ｊ].Ｍａｔｅｒｉ￣ａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡꎬ２００１ꎬ３１３(１/２):８３－８７.[１８]ＣＨＥＮＷＸꎬＴＵＪＰꎬＷＡＮＧＬＹꎬｅｔａｌ.ＴｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓｉｎａＭｅｔａｌ－ＢａｓｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＣｏａｔｉｎｇａｎｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].Ｃａｒｂｏｎꎬ２００３ꎬ４１(２):２１５－２２２.[１９]ＣＨＥＮＸＨꎬＬＩＷＨꎬＣＨＥＮＣＳꎬｅｔａｌ.ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＣｕＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＮｏｎｆｅｒ￣ｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＳｏｃｉｅｔｙｏｆＣｈｉｎａꎬ２００５ꎬ１５(２):３１４－３１８.[２０]蒋太炜ꎬ蔡晓兰ꎬ王开军ꎬ等.高能球磨法制备ＣＮＴｓ增强铜基复合材料粉末[Ｊ].科学技术与工程ꎬ２０１２ꎬ１２(１７):４２７１－４２７３.[２１]周志明ꎬ王亚平ꎬ夏华ꎬ等.Ｃｕ－Ｃｒ合金制备技术的研究进展[Ｊ].材料导报ꎬ２００８ꎬ２２(３):４４－４７. [２２]孟振强ꎬ熊拥军ꎬ刘如铁ꎬ等.Ｎｉ－Ｐ－多壁碳纳米管复合镀层的制备及自润滑机理[Ｊ].中南大学学报(自然科学版)ꎬ２０１２ꎬ４３(９):３３９４－３４００.ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｕ－ＣｒＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅＺＨＵＸｉａｏｙｕ１ꎬ㊀ＬＩＡＮＧＹｕｓｕ２ꎬ㊀ＬＩＷｅｎｚｅ１(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅꎬＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇ１１０１４２ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎꎬＮｏｒｔｈＨｕａｊｉｎＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎꎬＰａｎｊｉｎ１２４０２１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀Ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ(ＣＮＴ)ｗｉｔｈｃａｒｂｏｘｙｌｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓａｎｄｆｌａｋｅＣｕ－Ｃｒｐｏｗｄｅｒｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ.ＴｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｆｌａｋｅＣｕ－ＣｒｐｏｗｄｅｒｗａｓｔｒｅａｔｅｄｂｙｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｒｏｕｐｓꎬａｎｄｔｈｅＣＮＴ/Ｃｕ－ＣｒｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｗｅｔｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎａｎｄｐｏｗｄｅｒｍｅｔａｌｌｕｒｇｙｐｒｏｃｅｓｓꎬｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｉｎｔｈｅＣｕ－Ｃｒｍａｔｒｉｘ.Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｏｍ￣ｐｏｓｉｔｅｂｌｏｃｋｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｂｙｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅꎬａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆＣＮＴａｎｄＣｒｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇＣＮＴｗｉｔｈａｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆ２％ａｎｄＣｒｗｉｔｈａｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎｏｆ３％ｉｎｔｈｅａｌｌｏｙｐｏｗｄｅｒ(２％ＣＮＴ/Ｃｕ－３Ｃｒ).ＩｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｗｉｔｈｔｈｅＣｕ－３Ｃｒｂｕｌｋꎬｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙａｂｏｕｔ１２％ꎬｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙａｂｏｕｔ１３％ꎬｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙａｂｏｕｔ１９％ａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙａｂｏｕｔ２３％.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀Ｃｕ－Ｃｒｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎻ㊀ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅꎻ㊀ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙꎻ㊀ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ。

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这种方法具有操作简单、成本较低、生产效率高等优点，因此在碳纳米管的制备中被广泛应用。

碳纳米管的制备过程可以分为以下几个步骤。

1. 气相混合。

在反应室中充入碳源气体和载气，如乙炔、乙烯等碳氢化合物；然后加热反应室，使气体达到一定的温度。

《石墨烯及碳纳米管增强铜基复合材料组织与性能研究》一、引言随着科技的不断进步，材料科学在许多领域取得了重大突破。

其中，铜基复合材料因其优异的导电性、导热性及良好的机械性能，在电子、电力、航空航天等领域得到了广泛应用。

近年来，石墨烯和碳纳米管因其独特的物理和化学性质，被广泛用于增强铜基复合材料的性能。

本文将针对石墨烯及碳纳米管增强铜基复合材料的组织与性能进行深入研究。

二、石墨烯及碳纳米管的基本性质石墨烯是一种由单层碳原子构成的二维材料，具有优异的导电性、导热性和机械强度。

而碳纳米管则是由卷曲的石墨烯片构成的管状结构，也具有很好的导电和导热性能，且强度非常高。

这些特性使得石墨烯和碳纳米管成为增强铜基复合材料的理想选择。

三、实验方法与材料制备本实验采用石墨烯和碳纳米管作为增强相，制备了不同比例的铜基复合材料。

首先，将石墨烯和碳纳米管分别与铜粉混合，通过热压法制备出铜基复合材料。

通过对制备工艺的优化，我们得到了不同石墨烯和碳纳米管含量的铜基复合材料。

四、组织结构分析通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察了铜基复合材料的微观组织结构。

结果表明，石墨烯和碳纳米管在铜基体中分布均匀，且与铜基体具有良好的界面结合。

此外，随着石墨烯和碳纳米管含量的增加，复合材料的晶粒尺寸有所减小，晶界更加清晰。

五、性能研究1. 力学性能：通过对铜基复合材料进行拉伸测试，发现随着石墨烯和碳纳米管含量的增加，复合材料的抗拉强度和硬度均有所提高。

这主要归因于石墨烯和碳纳米管的优异机械性能以及与铜基体的良好界面结合。

2. 电学性能：通过测量铜基复合材料的电导率，发现其电导率随着石墨烯和碳纳米管含量的增加而略有降低，但仍保持较高的电导率水平。

这表明石墨烯和碳纳米管的添加对铜基体的电导性能影响较小。

3. 热学性能：由于石墨烯和碳纳米管具有优异的导热性能，因此铜基复合材料的热导率也有所提高。

通过热导率测试，发现随着石墨烯和碳纳米管含量的增加，复合材料的热导率逐渐提高。

碳纳米管的研究和应用碳纳米管是由碳元素构成的管状结构，具有极高的导热和导电性、强度和轻量化等优异性能，近年来已成为纳米材料研究领域的热点话题。

本文将简要介绍碳纳米管的性质特点、制备方法以及它们在电子学、医学和能源等方面的应用。

一、碳纳米管的性质特点碳纳米管具有许多独特的性质特点，这些性质使得它们在许多领域有着广泛的应用前景。

首先是碳纳米管的导热和导电性能极高，比铜的导电性能还要好。

理论上，碳纳米管的电阻率可以达到金属的1/1000，而且能够在室温下运输电子。

这些性能几乎没有与之相媲美的材料。

其次是碳纳米管的强度极高。

碳纳米管中的碳原子排列方式可以形成类似鸟巢的纳米空腔结构，使得碳纳米管的刚度和强度远高于其他材料。

利用碳纳米管可以制备出超级强度复合材料，提高材料的强度和耐磨性能。

最后是碳纳米管的轻量化特性。

碳纳米管的质量只有同等体积下石墨材料的1/6，而且具有高表面积和大的空气孔隙结构，与其他材料相比有着更强的吸附和催化作用，因此有着良好的吸附分离和催化性能。

二、碳纳米管的制备方法碳纳米管有多种制备方法，包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光热解法和化学还原法等。

其中，化学气相沉积法是目前应用最为普遍的一种制备方法。

化学气相沉积法是通过在高温下将碳源气体转化为碳纳米管的方法。

一般来说，碳源气体为甲烷、乙烯或乙炔等。

通过控制反应条件，可以制备出长度、直径、数量、结构等不同的碳纳米管。

与其他制备方法相比，化学气相沉积法具有制备出高质量、大量、结构比较规则的碳纳米管的优点。

三、碳纳米管的应用碳纳米管在许多领域都有着广泛的应用，以下仅列出其中的几个方面。

1. 电子学碳纳米管具有优越的导电性能和热导性能，被认为是下一代电子学元器件的有力竞争者。

碳纳米管可以作为场效应晶体管、热电元件、透明电极等电子元件，还可以应用于柔性电子、纳米电池等领域。

2. 医学碳纳米管可以作为药物输送载体，具有较大的表面积和大量表面官能团，能够帮助药物靶向传输和细胞内吸收。

化学气相沉积法制备单壁碳纳米管
化学气相沉积法（CVD）是制备单壁碳纳米管的一种常用方法。

该方法通过将碳源气体（例如甲烷、乙烯等）和载体气体（例如氢气）引入反应炉中，在一定的温度和压力条件下催化生成碳纳米管。

具体的制备步骤如下：
1. 准备反应器：首先需要准备一台带有石英管道的炉子，并对石英管道进行表面处理以去除任何杂质。

2. 处理衬底：将所选衬底（常用的有石英、硅片等）放入炉子中，在高温下煅烧衬底，以去除表面的有机和无机杂质。

3. 导入前驱体气体：将所选的碳源气体和载体气体通过气体管道导入炉子中，在适当的比例下控制气体的流量。

4. 上升温：炉子开始升温，将温度逐渐升高至制备碳纳米管的反应温度（通常在600~1000℃之间，具体温度取决于碳源气体和载体气体的选择）。

5. 反应形成碳纳米管：在反应温度下，碳源气体会在催化剂的作用下分解并在衬底上生长出碳纳米管。

常用的催化剂有金属纳米颗粒（如铁、镍、钯等）。

6. 此后，将系统冷却至室温时，停止碳源气体和载体气体的流动。

将衬底取出并洗净，即可得到单壁碳纳米管样品。

需要注意的是，CVD方法制备的单壁碳纳米管通常会存在一定的多壁碳纳米管和其他杂质。

因此，在实际应用中，通常还需要后续的分离和纯化步骤，以获取单壁碳纳米管纯净样品。