碳纳米管纳米复合材料的研究现状及问题
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碳纳米材料国家相关政策碳纳米材料国家相关政策应由本人根据自身实际情况书写,以下仅供参考,请您根据自身实际情况撰写。
碳纳米材料是一种新型的先进材料,具有高强度、轻质化、高导电性等特点,被广泛应用于能源、交通、生物医学等多个领域。
为了推动碳纳米材料产业的发展,我国政府制定了一系列相关的政策和措施。
本文将从以下几个方面进行详细分析:一、碳纳米材料的定义和特点碳纳米材料是指由碳原子组成的纳米级材料,具有独特的物理化学性质和力学性能。
与传统材料相比,碳纳米材料具有更高的比表面积、更强的吸附能力和导电性等优点,可以应用于多个领域。
二、碳纳米材料的应用领域1. 能源领域:碳纳米材料具有高热导率和低密度等特点,可以用于制造高效能电池、燃料电池等新能源产品。
此外,碳纳米管还可以作为电极材料,提高电池的能量密度和稳定性。
2. 交通领域:碳纳米材料具有轻质化和耐腐蚀等特点,可以用于制造汽车部件、飞机零部件等产品。
例如,碳纳米管复合材料可以用于制造汽车的车身、车顶等部位,减轻重量并提高强度。
3. 生物医学领域:碳纳米材料具有良好的生物相容性和抗菌性能,可以用于制造医疗器械和生物医药产品。
例如,碳纳米管可以被用作药物缓释剂或手术缝合线等医疗用品的材料,具有更好的治疗效果。
三、碳纳米材料的产业发展现状及趋势近年来,随着全球对环保和可持续发展的重视,以及新能源汽车等行业的发展,碳纳米材料产业得到了迅猛发展。
我国政府也加大了对碳纳米材料的支持力度,出台了一系列政策和措施来促进其发展和应用。
目前,国内已经有多家企业涉足碳纳米材料行业,并且取得了不错的进展。
未来,随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展,碳纳米材料产业将迎来更加广阔的市场前景和发展空间。
四、总结和建议总之,碳纳米材料作为一种新型的先进材料,具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
为了推动其产业的发展和应用,建议政府部门和企业加强合作,共同推进技术研发和创新应用。
同时,政府部门还应加强对碳纳米材料的监管和管理,确保其在生产和使用过程中的安全和环保问题。
纳米复合材料的开展现状及展望纳米材料是物质以纳米构造按一定方式组装成的体系,以下是的一篇探究纳米复合材料开展现状的,供大家阅读参考。
:从纳米技术的角度论述了非金属粘土矿物——蒙脱石制备聚合物基纳米复合材料的开展现状和开展前景,并预测了聚苯乙烯纳米复合材料可能开展的新领域。
纳米是长度单位(Nanometer,nm),原称“毫微米”,1 nm=10-9 m,即十亿分之一米,一只乒乓球放在地球上就相当于将一纳米直径的小球放在一只乒乓球上。
纳米粒子通常是指尺寸在1 nm~100 nm之间的粒子。
纳米效应为实际应用开拓了广泛的新领域。
利用纳米粒子的熔点低,可采取粉末冶金的新工艺。
调节颗粒的尺寸,可制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料,用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。
纳米银与普通银的性质完全不同,普通银为导体,而粒径小于20 nm的纳米银却是绝缘体。
金属铂是银白色金属,俗称白金;而纳米级金属铂是黑色的,俗称为铂黑。
纳米粒子具有很高的活性,例如木屑、面粉、纤维等粒子假设小到纳米级的范围时,一遇火种极易引起爆炸。
纳米粒子是热力学不稳定系统,易于自发地凝聚以降低其外表能,因此对已制备好的纳米粒子,如果久置那么需设法保护,例如保存在惰性空气中或其他稳定的介质中以防止凝聚。
纳米材料是物质以纳米构造按一定方式组装成的体系。
它是纳米科技开展的重要根底,也是纳米科技最为重要的研究对象。
纳米技术被公认为21世纪最具有开展前途的科学之一,纳米材料也被人们誉为21世纪最有前途的材料。
由于纳米材料本身所具有的特殊性能,使其能够广泛应用于化工、纺织、军事、医学等各个领域。
本文阐述了蒙脱石/高聚物纳米复合材料的研究进展,并对其开展前景加以展望,期望对其深层次的加工应用有所帮助。
纳米材料有多种分类方式,按其维数可分为:零维的纳米颗粒和原子团簇,一维的纳米线、纳米棒和纳米管,二维的纳米膜、纳米涂层和超晶格等;按化学成分可分为:纳米金属,纳米晶体,纳米陶瓷,纳米玻璃以及纳米高分子等;按材料物性可分为:纳米半导体材料,纳米磁性材料,纳米非线性光学材料,纳米铁磁体材料,纳米超导体材料,以及纳米热电材料等;按应用可分为:纳米电子材料,纳米光电子材料,纳米生物医用材料,纳米敏感材料,以及纳米储能材料等;按照材料的几何形状特征,可以把纳米材料分为:①纳米颗粒与粉体;②碳纳米管与一维纳米线;③纳米带材;④纳米薄膜;⑤中孔材料(如多孔碳、分子筛);⑥纳米构造材料;⑦有机分子材料。
钛基体上碳纳米管的原位合成及其复合材料的制备与性能研究Preparation and Properties Research of Titanium matrix composite reinforced with in-situ synthesized CNTs学科专业:材料学研究生:雷红指导教师:赵乃勤教授天津大学材料科学与工程学院二零一三年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名:签字日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。
特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。
(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:导师签名:签字日期:年月日签字日期:年月日摘要钛基复合材料具有低密度、高比强度、良好耐蚀性以及高温性能等优点,成为最具潜力的新一代航空航天用结构材料之一。
碳纳米管(CNTs)具有高比强度、高比模量以及优异的综合性能,被认为是金属基复合材料最理想的增强相。
要使CNTs的优异性能在复合材料中得到充分发挥,关键要实现其在金属基体上的均匀分散,与基体形成良好的界面结合,并避免材料成形过程中CNTs与基体的反应。
因此,探索CNTs/Ti复合材料新的制备方法,对于发展钛基复合材料在航空航天领域的应用具有重要的理论意义和实用价值。
本论文采用化学气相沉积法在钛基体表面原位合成均匀分散的CNTs,研究了催化剂与碳源种类、合成温度、合成时间、碳源气体与载气比例对合成的CNTs 结构、分布以及产率的影响,并探讨了CNTs的生长机理。
碳纳米管的力学性能研究碳纳米管是石墨烯卷曲而成的空心圆柱体,具有许多优异的力学性能,因此在纳米科技领域备受关注。
本文将就碳纳米管的力学性能进行研究和讨论。
第一部分:碳纳米管的力学性质1. 碳纳米管的弯曲强度:研究表明,碳纳米管的弯曲强度非常高,可以承受较大的外力而不易断裂。
这得益于其高度结晶的晶格结构以及碳原子之间的强键结合。
2. 碳纳米管的拉伸强度:碳纳米管的拉伸强度也是其重要的力学性能之一。
实验研究发现,碳纳米管的拉伸强度可以达到数百至数千GPa,高于大多数其他材料的强度值。
3. 碳纳米管的弹性模量:碳纳米管的弹性模量决定了其在变形时的回复能力。
理论计算表明,碳纳米管的弹性模量可以超过1 TPa,远高于传统材料如钢铁和铝。
第二部分:碳纳米管的应用1. 碳纳米管在纳米机械领域的应用:碳纳米管的优异力学性能使其成为纳米机械领域中的理想候选材料。
例如,在纳米机器人的制造中,碳纳米管可以用作结构支撑,以确保纳米机器人的强度和稳定性。
2. 碳纳米管在强化复合材料中的应用:由于碳纳米管具有优异的强度和刚度,它可以用来增强传统的复合材料,如玻璃纤维和聚合物基复合材料。
这样的复合材料在航空航天和汽车制造等领域有广泛的应用。
3. 碳纳米管在生物医学领域的应用:碳纳米管还可以用于生物医学领域。
其高度结晶的结构和生物相容性使其成为药物传输和组织工程等方面的理想材料。
第三部分:碳纳米管的挑战和未来发展1. 残余应力:在制备碳纳米管过程中,由于温度和压力的影响,碳纳米管内部常常存在残余应力。
这种残余应力可能导致碳纳米管的力学性能下降,因此需要进一步研究和解决。
2. 大规模制备:目前,碳纳米管的大规模制备仍然面临挑战。
高成本和制备工艺的复杂性限制了碳纳米管的广泛应用。
随着技术的进步和研究的深入,相信碳纳米管在未来的应用领域中将会有更大的突破和发展。
我们可以期待碳纳米管的力学性能研究为纳米科技和材料科学领域带来更多的创新和应用。
碳纳米管在复合材料中的应用碳纳米管,听起来是不是像个高大上的科技名词?其实它的用途可真不少,而且在复合材料中,它简直就是个“神奇的小帮手”。
要是你了解了它的“背景”,你会觉得它根本不是个什么遥不可及的东西,反而是“未来科技”的一个贴心小伙伴。
简单来说,碳纳米管是一种由碳原子按特定方式排列成的管状结构,直径只有几纳米,但强度却高得惊人,甚至比钢铁还要强大。
你可别小看它这么细小的身材,正是这种“袖珍”让它能在复合材料中展现出不一样的魔力。
先说说碳纳米管是如何在复合材料中大显身手的吧。
大家都知道,复合材料就是把两种或两种以上的材料“结婚”在一起,目的就是取长补短,达到1+1大于2的效果。
而碳纳米管作为一种“超级增强剂”,正好能填补传统材料的不足,让复合材料变得更加坚固、更耐用,甚至能让它们更轻便。
你想象一下,一个轻得像羽毛的材料,里面藏着像钢铁一样坚硬的成分,拿在手上,不仅结实,而且让人觉得轻松又不费劲,这就是碳纳米管在复合材料中能做出的贡献。
不仅如此,碳纳米管的“火力”还不仅限于提升强度,它还能改善材料的电导性和热导性。
想象一下,如果你把它加入到复合材料中,材料的电导性和热导性就像打了鸡血一样,瞬间变得更强。
这对于一些电子设备来说,那可是天大的好事。
比如,电池、导电线材、甚至一些特殊的传感器,靠碳纳米管的加入,不仅提高了性能,还能让这些设备变得更加耐用。
别看它个头小,作用可大着呢!说到这里,可能你会问了:“那是不是碳纳米管就万能了?”答案当然是“不是”。
虽然它很强大,但在复合材料中的应用也有一定的挑战。
比如说,碳纳米管在复合材料中分散不均匀的话,可能就不能发挥它该有的效果。
想象一下,碳纳米管就像是一个个小小的精英士兵,如果它们没有被很好地安排到每个角落,那材料的整体性能就会大打折扣。
碳纳米管的制造过程也不简单,它们得在精密的条件下生产出来,不然质量差的碳纳米管可能还会给复合材料“添乱”,甚至影响材料的稳定性。
CNT研究背景和意义自从1991年日本NEC的电镜专家Iijima首先用高分辨透射电镜(HRTEM)发现了具有纳米尺寸的多壁碳纳米管(MWNT)]1[,这种结构由长约1 um、直径4-30 nm的多层石墨管构成。
1993年又发现了单臂碳纳米管(SWNT)]2[以来,碳纳米管(CNT)作为一种新型的纳米材料,以其独特的物理、化学特征,重要的基础研究意义及在分子电子器件和复合材料等众多领域的潜在应用价值,而引起了世界各国科学家的极大关注,成为纳米材料领域研究的一个新热点。
对它的应用研究主要集中在复合材料、氢气存储、电子器件、电池、超级电容器、场发射显示器、量子导线模板、电子枪及传感器和显微镜探头等领域,已经取得许多重要进展]53[ 。
1、结构碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs),又称巴基管(buckytube),属于富勒碳系,是一维量子材料,是在C60不断深入研究中发现的。
碳纳米管是由单层或多层石墨片围绕同一中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管结构,两端通常被由五元环和七元环参与形成的半球形大富勒烯分子封住,每层纳米管的管壁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网络平面所围成的圆]6[。
碳纳米管根据碳管壁中碳原子层的数目可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两大类。
Iijima]7[和IBM公司的Bethune]8[等分别采用Fe和Co作为催化剂掺杂在石墨电极中,用电弧放电法各自独立合成出单壁碳纳米管(SWNT),它由单层石墨卷成柱状无缝管而形成(见图1),是结构完美的单分子材料,因合成条件的不同碳纳米管的管径可控制在0.7-3nm,长度可达1-50um]9[;多壁碳纳米管(MWNT)是由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴卷曲而成,层数从2-50不等,层间距一般为0.34 nm且层与层之间排列无序,通常多壁管直径为2-30 nm,长度为0.1-50um]10[。
碳纳米管技术的应用前景碳纳米管(CNTs)是由碳原子以六角形排列构成的管状结构,具有强度高、导电性好、导热性好等特点。
近年来,碳纳米管技术在众多领域中迅速发展,成为各个行业的研究热点。
本文将分别从电子信息领域、材料学、生物医学领域、环保等方面论述碳纳米管技术的应用前景。
电子信息领域碳纳米管的导电和导热性能优异,因此将其应用于电子信息领域具有广泛的前景。
在电子显示器材料方面,碳纳米管与传统材料相比有许多优点,如尺寸小、自发发光、低成本、优异的穿透性能等,可以应用于柔性显示器、照明等。
在微处理器方面,碳纳米管的输电性能优异,可以提高微处理器的工作速度。
此外,由于碳纳米管的晶体结构完整、表面光洁度高,可用于高速电路和高灵敏度探测器制造中。
材料学领域碳纳米管的强度高、导电性好、导热性好等特性使其成为理想的增强材料。
与金属材料相比,碳纳米管具有很高的强度和韧性,这些特点使得它可以被用于增强复合材料中。
在材料强化方面,碳纳米管能够使纳米复合材料的强度和硬度增加3-5倍。
在纤维强化方面,碳纳米管的高强度和轻质化使得其成为理想的材料用于制造坦克、机器人等。
生物医学领域碳纳米管在生物医学领域中的应用具有广泛的前景。
首先,碳纳米管可以作为载药系统,将药物包装在管内,在经过单一的SWCNT进口与出口后释放药物。
其次,碳纳米管可以被用于制造生物传感器,它能够快速准确地检测DNA、蛋白质等生物分子。
此外,碳纳米管还显示出很高的生物相容性,可以用于人体放射性分层检测、X光治疗以及水分子传输等。
环保领域碳纳米管在环保领域中的应用前景也十分广泛。
碳纳米管可以被用于制造高效催化剂,在水净化和空气净化方面具有广泛的应用前景。
另外,碳纳米管还可以被用于制造高活性炭,用于水处理和处理废气,维持生态平衡。
结语总之,碳纳米管技术的应用前景正在不断扩大,且其具有广泛的研究价值。
虽然我们在使用碳纳米管技术时还需要克服一些困难,如制备成本、稳定性和生产规模等问题,但相信在未来,随着更多研究的进行,这些问题将会得到解决,碳纳米管将成为未来众多领域的科技主导。
《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。
科学实践摘要:碳纳米管的发现是碳团簇领域的又一重大科研成果,本文探讨了碳纳米管的结构、特性、活化方法,评述了这种纳米尺寸的新型碳材料在电化学器件、氢气存储、场发射装置、碳纳米管场效应晶体管、催化剂载体、碳纳米管修饰电极领域的应用价值,展望了碳纳米管的介入对全球性物理、化学及材料等学科界所带来的美好前景。
关键词:碳纳米管结构性质应用1碳纳米管的发现1991年,日本NEC科学家Iijima在制取C60的阴极结疤中首次采用高分辨隧道电子显微镜(HRTEM)发现一种外径为515nm、内径213nm、仅由两层同轴类石墨圆柱面叠合而成的碳结构。
进一步的分析表明,这种管完全由碳原子构成,并看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴,卷曲360°而形成的无缝中空管。
相邻管子之间的距离约为0.34nm,与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335nm 相近,所以这种结构一般被称为碳纳米管,这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体,是碳团簇领域的又一重大科研成果[1]。
2碳纳米管的结构碳纳米管(CNT)又名巴基管,是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口)的一维量子材料。
它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”,每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。
根据形成条件的不同,碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米管(SWNTs)两种形式。
MWNTs一般由几层到几十层石墨片同轴卷绕构成,层间间距为0.34nm左右,其典型的直径和长度分别为2-30nm0.1-50μm.SWNTs由单层石墨片同轴卷绕构成,其侧面由碳原子六边形排列组成,两端由碳原子的五边形封顶。
管径一般从10-20nm,长度一般可达数十微米,甚至长达20cm[2]。
3碳纳米管的活化一般认为,在碳纳米管表面引入一些电活性基团,经过活化才能有较好的电化学响应。
碳纳米管的制备与应用研究进展碳纳米管是一种高度可控的新材料,具有优异的力学性能、导电性能和热导性能。
它有很多广泛的应用,例如纳米电子学、光电储存、传感器、复合材料等。
在制备和应用方面,碳纳米管的研究一直是材料科学领域的热点之一。
本文将介绍碳纳米管的制备方法和应用研究进展。
1.碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要包括两种:单壁碳纳米管的制备和多壁碳纳米管的制备。
单壁碳纳米管可以使用化学气相沉积、电弧法和激光热解法等方法制备。
而多壁碳纳米管的制备可以使用等离子化学气相沉积、化学气相沉积、化学气相氧化还原法、高压水热法等方法制备。
其中,等离子化学气相沉积法被认为是制备高质量碳纳米管的一种有效方法。
在这种方法中,金属催化剂和加热源被放置在石英管中,通过气相反应制备碳纳米管。
这种方法可以获得高质量的碳纳米管,但成本较高。
化学气相沉积法则常被用于制备大面积单壁碳纳米管膜,在这种方法中碳源物质被分解,然后在合适的条件下聚合形成碳纳米管。
这种方法具有制备面积大的优点,但制备的碳纳米管不稳定。
高压水热法则在保持碳纳米管晶格结构高度连续和高可控性方面具有很大的潜力。
2.碳纳米管的应用研究进展(1)纳米电子学碳纳米管在纳米电子学领域的应用研究进展非常迅速。
由于其极小的尺寸和优异的电学性能,碳纳米管被认为是一种理想的纳米电子元器件。
由于单壁碳纳米管比多壁碳纳米管的电学性能更加优良,所以在纳米电子学领域,单壁碳纳米管得到了更多的关注。
碳纳米管晶体管在纳米电子学中是一个重要的应用领域。
它们由一个金属电极、一个半导体电极和一个碳纳米管电极组成,可以用于制作高效的电荷传输装置。
然而,碳纳米管晶体管也存在许多问题,例如金属/碳纳米管接触的电阻、电极标记位置不一致、多个管子强耦合等。
(2)传感器碳纳米管在传感器中的应用也具有很大的发展前景。
由于碳纳米管的高表面积、高强度和优异的电学性能,碳纳米管传感器能够快速、灵敏地检测各种化合物。
碳纳米管材料的力学性能分析碳纳米管作为一种新兴的纳米材料,具有独特的力学性能,引起了科学家们的广泛关注和研究。
在本文中,我将重点探讨碳纳米管材料的力学性能分析。
为了分析碳纳米管材料的力学性能,我们需要首先了解碳纳米管的结构。
碳纳米管由一个或多个层状的石墨烯卷曲而成,可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种类型。
单壁碳纳米管由一个石墨烯层卷曲而成,外径在1纳米到数十纳米之间;而多壁碳纳米管由多个石墨烯层卷曲而成,外径在数十纳米到数百纳米之间。
不同结构的碳纳米管具有不同的力学性能。
首先,我们来探讨碳纳米管的弯曲性能。
由于碳纳米管的结构特殊,其在外力作用下表现出了优异的弯曲能力。
科学家们通过实验和模拟研究发现,碳纳米管在弯曲过程中可以保持其原有的结晶质量,不会发生断裂或失去完整性。
这种优异的弯曲性能使得碳纳米管成为一种理想的纳米驱动装置的材料,例如纳米机械臂和纳米传感器等。
其次,我们来讨论碳纳米管的拉伸性能。
碳纳米管具有出色的力学强度和刚度,可以承受很高的拉伸应变。
实验和计算结果显示,单壁碳纳米管的拉伸强度可以达到几十giga帕斯卡,而多壁碳纳米管的拉伸强度甚至可以达到数百giga帕斯卡。
这种高强度的力学性能使得碳纳米管成为一种理想的增强材料,在纳米复合材料中有广泛的应用,例如强度提升的复合材料和高效能电池电极等。
此外,碳纳米管还具有优异的弹性性能和压缩性能。
由于碳纳米管的碳原子键长较短,碳纳米管具有较高的弹性模量。
实验表明,单壁碳纳米管的弹性模量可以达到几百到几千giga帕斯卡。
而且,碳纳米管在受到压缩应力的作用下,可以在一定程度上保持其结构的完整性。
这种杰出的弹性性能和压缩性能使得碳纳米管在纳米电子学和纳米机械领域有着广泛的应用潜力。
此外,碳纳米管还表现出了优异的热导性能和抗辐射性能。
由于碳原子之间的强共价键和长程有序结构,碳纳米管具有很高的热导率。
实验研究显示,碳纳米管的热导率可以达到几百到几千watt/m·K。
2024年碳纳米管(CNT)市场前景分析引言碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNT)作为一种新兴的纳米材料,在过去几十年中引起了广泛的关注。
其独特的性质和广泛的应用前景,使得碳纳米管在众多领域中成为研究的热点。
本文将对碳纳米管的市场前景进行分析,并探讨其在未来的发展潜力。
碳纳米管的基本特性碳纳米管是由碳原子构成的纳米管状结构,具有以下基本特性:1.高强度和刚度:碳纳米管比钢材还要强硬,是已知最强的材料之一。
2.优异的导电性:碳纳米管具有优秀的导电性能,可应用于电子器件领域。
3.良好的热导性:碳纳米管具有良好的热导性能,可以用于制备高效的散热材料。
4.巨大的比表面积:碳纳米管具有巨大的比表面积,可应用于催化剂和吸附材料等领域。
碳纳米管市场应用前景1. 电子器件碳纳米管具有优异的导电性能,可以用于制造高性能的电子器件。
例如,碳纳米管场效应晶体管(CNTFET)在高频电子器件和柔性显示器件等领域具有广阔的应用前景。
此外,碳纳米管还可以用于制备导电性能更好的电极材料,提高电池和超级电容器的性能。
2. 新能源领域碳纳米管在新能源领域中有着广泛的应用前景。
其优异的导电性能和热导性能,使得碳纳米管成为高效催化剂的理想载体材料。
碳纳米管还可以应用于太阳能电池、燃料电池和储能设备等领域,提高能量转换效率和储存容量。
3. 材料强化与增韧碳纳米管具有高强度和刚度的特性,可以应用于材料强化和增韧领域。
将碳纳米管添加到复合材料中,可以显著提高材料的强度和刚性,同时减轻材料的重量。
碳纳米管还可以在纤维增强复合材料中起到桥连接作用,有效防止开裂,提高材料的断裂韧性。
4. 生物医学应用碳纳米管在生物医学领域具有广泛的应用潜力。
其高比表面积和良好的生物相容性,使得碳纳米管可以用作药物传递载体、基因传递载体和组织工程支架等。
此外,碳纳米管还可以用于生物传感器和生物成像等领域,为生物医学研究和临床诊断提供新的工具和方法。
下,与其他认证机构一起努力,共同推动市场经济环境下认证认可行业规范、健康、有序的发展,进一步推动和促进我国健康安全消费环境和社会诚信体系的建设,为中国认证认可事业的发展做出应有的贡献。
碳纳米管-环氧复材性能研究近年来作为材料领域的研究热点,碳纳米管受到各国科学家的高度重视。
自从1991年合成碳纳米管以后,它就以其优异性能引起了人们深入地研究。
环氧树脂由于具有优良的力学性能和物理性能,但由于一般双酚A型环氧树脂固化后胶层较脆、对温度敏感性较高,相应地其力学性质和热学性质也较低,因此可用力学性能极高的碳纳米管材料增强是有现实意义的。
碳纳米管具有独特的物理力学性能,包括高强度、高模量,固有的柔韧性,使它成为具有优良性能的环氧树脂基体的理想增强材料,碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究将会有广阔的发展前景。
碳纳米管是富勒烯结构与球烯和石墨类似,为sp2杂化的碳构成的曲晶面,最短的C-C键长为0.142nm、长径比约为100~1000。
碳纳米管有优良的电学性能,其导电性根据结构的不同而异,它可以是导体也可以是半导体,甚至可以成为仅次于超导体。
碳纳米管还具有优良的力学性能,它的拉伸强度达到50~200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6,其弹性模量最高达600GPa。
若将它与其它有机高分子材料复合,可对基体起到强化作用。
由于碳纳米管的这些特性,现已经广泛应用于超级电容器、锂离子电池场发射器、超级纤维,以及各类复合材料中。
随着碳纳米管合成技术的日益成熟,工业化已成为可能,成本也能大幅度下降,探索和研究碳纳米管/聚合物基复合材料更具有实践意义。
环氧树脂由于具有优良的力学性能和物理性能、价格低,可作为涂料、胶粘剂、复合材料树脂基体、电子封装材料等;但是一般双酚A型环氧树脂固化后胶层较脆,对温度敏感性较高,相应地其力学性质和热学性质也较低,因此可用力学性能极高的碳纳米管材料增强是有现实意义的。
由于碳纳米管优良的物理化学特性,将它和环氧树脂复合增强环氧树脂的各项性能,可获得性能优良的碳纳米管/环氧树脂复合材料。
碳纳米管纳米复合材料的研究现状及问题 [摘 要]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。
[关键词]碳纳米管;复合材料;结构;性能 自从1991年日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男(Sumio lijima)[1] 首 次报道了碳纳米管以来,其独特的原子结构与性能引起了科学工作者的极大兴趣。 按石墨层数的不同碳纳米管可以 分为单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳 米管(MWNTs。碳纳米管具有极高的比表面积、力学性能(碳纳米管理论上的轴向 弹性模量与抗张强度分别为1~2 TPa和200Gpa)、卓越的热性能与电性能(碳纳 米管在真空下的耐热温度可达 2800 C,导热率是金刚石的2倍,电子载流容 量是铜导线的1000倍)[2-7]。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。 Xu et al[8] 和Lau et al.[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。 这种方法 尤其适用于制备热塑性聚合物/碳纳米管复合材料。该方法的优点主要是可以避 免溶剂或表面活性剂对复合材料的污染, 复合物没有发现断裂和破损,但仅适用 于耐高温、不易分解的聚合物中。 Jin et al.[10] 采用这种方法制备了 PMMA/ MWNTS合材料,并研究其性能。结果表明碳纳米管均匀分散在聚合物基体中, 没有明显的损坏。复合材料的储能模量显著提高。
1.3原位复合法 将碳纳米管分散在聚合物单体,加入引发剂,引发单体原位聚合生成高分子,得 到聚合物/碳纳米管复合材料。这种方法被认为是提高碳纳米管分散及加强其与 聚合物基体相互作用的最行之有效的方法。Jia et al.[11]采用原位聚合法制备 了 PMMA/SWN复合材料。结果表明碳纳米管与聚合物基体间存在强烈代写论文 的黏结作用。这主要是因为AIBN在引发过程中打开碳纳米管的 n键使之参与 到PMMA的聚合反应中。采用经表面修饰的碳纳米管制备 PMMA碳纳米管复合材 料,不但可以提高碳纳米管在聚合物基体中的分散比例, 复合材料的机械力学性 能也可得到巨大的提高。
2聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状 2.1聚合物/碳纳米管结构复合材料 碳纳米管因其超乎寻常的强度和刚度而被认为是制备新一代高性能结构复合材 料的理想填料。近几年,科研人员针对聚合物 /碳纳米管复合材料的机械力学性 能展开了多方面的研究,其中,最令人印象深刻的是随着碳纳米管的加入, 复合 材料的弹性模量、抗张强度及断裂韧性的提高。
提高聚合物机械性能的主要问题是它们在聚合物基体内必须有良好的分散和分 布,并增加它们与聚合物链的相互作用。 通过优化加工条件和碳纳米管的表面化 学性质,少许的添加量已经能够使性能获得显著的提升。预计在定向结构 (如薄 膜和纤维)中的效率最高,足以让其轴向性能发挥到极致。在连续纤维中的添加 量,单壁碳纳米管已经达到60 %以上,而且测定出的韧度相当突出。另外,只 添加了少量多壁或单壁纳米管的工程纤维, 其强度呈现出了较大的提升。普通纤 维的直径仅有几微米,因此只能用纳米尺度的添加剂来对其进行增强。孙艳妮等 [12]将碳纳米管羧化处理后再与高密度聚乙烯(HDPE复合,采用熔融共混法制备 了碳纳米管/高密度聚乙烯复合材料,并对其力学性能进行了研究。结果表明: 碳纳米管的加入,提高了复合材料的屈服强度和拉伸模量, 但同时却降低了材料 的断裂强度和断裂伸长率。Liu等[13]采用熔融混合法制得了 MWNT/PA6尼龙6) 复合材料,结果表明,CNTs在PA6基体中得到了非常均匀的分散,且 CNTs和 聚合物基体间有非常强的界面粘接作用,加入 2 wt%(质量分数)的MWNTs时, PA6的弹性模量和屈服强度分别提高了 214 °%^ 162 %总之,碳纳米管对复合 材料的机械性能的影响,在很大程度上取决于其质量分数、 分散状况以及碳纳米 管与基质之间的相互作用。其他因素,比如碳纳米管在复合材料中的取向, 纤维 在片层中的取向,以及官能团对碳纳米管表面改性的不均匀性,也可能有助于改 善复合材料的最终机械性能。
2.2聚合物/碳纳米管功能复合材料 2.2.1导电复合材料 聚合物/碳纳米管导电复合材料是静电喷涂、静电消除、磁盘制造及洁净空间等 领域的理想材料。GE公司[14]用碳纳米管制备导电复合材料,碳纳米管质量分 数为10%的各种工程塑料如聚碳酸酯、聚酰胺和聚苯醚等的导电率均比用炭黑 和金属纤维作填料时高,这种导电复合材料既有抗冲击的韧性, 又方便操作,在 汽车车体上得到广泛应用。LNP公司成功制备了静电消散材料,即在 PEEK和 PEI中添加碳纳米管,用以生产晶片盒和磁盘驱动元件。 它的离子污染比碳纤维 材料要低65 %〜90 %。日本三菱化学公司也成功地用直接分散法生产出了含少 量碳纳米管的PC复合材料,其表面极光洁,物理性能优异,是理想的抗静电材 料[15]。另外,聚合物/碳纳米管导电复合材料的电阻可以随外力的变化而实现 通-断动作,可用于压力传感器以及触摸控制开关 [16];利用该材料的电阻对各 种化学气体的性质和浓度的敏感性, 可制成各种气敏探测器,对各种气体及其混 合物进行分类,或定量化检测和监控[17];利用该材料的正温度效应,即当温度 升至结晶聚合物熔点附近时,电阻迅速增大几个数量级,而当温度降回室温后, 电阻值又回复至初始值,可应用于电路中自动调节输出功率,实现温度自控开关 [18]。
2.2.2导热复合材料 许多研究工作证明,碳纳米管是迄今为止人们所知的最好的导热材料。科学工作 者预测,单壁碳纳米管在室温下的导热系数可高达 6600 W/mK[19],而经分离后 的多壁碳纳米管在室温下的导热系数是 3000〜6600 W/mK由此可以想象,碳纳 米管可显著提高复合材料的导热系数及在高温下的热稳定性 [20]。Wu等[21]制 备了多壁碳纳米管/高密度聚乙烯(MWNTs/HDP复合材料,并对 其热性能进行了深入的研究,实验结果表明:导热系数随着 MWNTs含量的增加 而升高。当MWNTS勺质量分数达到38 h,混合材料的导热系数比纯 HDPE的高 三倍多。徐化明等[22]采用原位聚合法制备的阵列碳纳米管/聚甲基丙烯酸甲酯 纳米复合材料,在氮气和空气气氛下,复合材料的热分解温度比基体材料分别提 高了约100和60 C。在导热性能上,阵列碳纳米管的加人使得复合材料的导 热系数达到3.0 W/mK,比纯PMMA提高了将近13倍。
2.2.3其它功能复合材料 在碳纳米管/聚合物功能复合材料方面最近有南昌大学纳米技术工程研究中心 [23]研制的一种多壁碳纳米管/环氧树脂吸波隐身复合材料。通过对多壁碳纳米 管进行高温NaOH处理,使碳管在其表面产生较多的孔洞,提高碳纳米管的表面 活性;制备的吸波隐身复合材料具有良好的雷达吸波效果和可控吸收频段, 这种 吸波复合材料的体积电阻率在106~107 • cm数量级,具有优良的抗静电能力, 这对于调整雷达吸波材料的吸波频段和拓宽吸波频宽有着重要意义。 美国克莱姆 森大学Rajoriat[24]用多壁碳纳米管对环氧树脂的阻尼性能进行了研究,发现 碳纳米管树脂基复合材料比纯环氧树脂的阻尼比增加了大约 140 %。
3制备碳纳米管聚合物复合材料中存在的问题 3.1碳纳米管在基体中的分散问题 碳纳米管的长径比大,表面能高,容易发生团聚,使它在聚合物中难以均匀分散。 如何让碳纳米管在聚合物基体中实现均匀分散是当前需要解决的首要难题。 经表 面改性的碳纳米管可均匀分散在聚合物基体中,可以利用化学试剂或高能量放电、 紫外线照射等方法处理碳纳米管,引入某些特定的官能团。 Liu J等[25]首先采