碳纳米管复合材料研究进展情况

碳纳米管(CNTs)是在一定条件下由大量碳原子聚集在一起形成的同轴空心管状的纳米级材料，它的径向尺寸为纳米数量级，轴向尺寸为微米数量级，属于碳同位素异构体家族中的一个新成员，是理想的一维量子材料。

自从1991年Iijiman发现CNTs以来，它的优良性能引起了人们广泛深入的研究[2叫]。然而CNTs不溶于一般的有机溶剂，并且其表面特性接近于石墨，使其表面呈化学惰性，从而限制了其应用范围。从目前文献报道的情况看，解决这些问题的最有效的方法是对CNTs表面进行改性，增加其分散性、化学活性等。其表面改性通常
采取的方法是：首先通过不同的氧化处理在CNTs的端口或缺陷处引人羧基等活性基团，然后再由酯化或酰胺化反应等对其进行进一步的接枝改性。

由于CNTs具有与聚合物相似的结构，可以与之复合制成高性能的复合材料。此类复合材料在电子器件、吸波隐身材料和其它结构材料等领域具有广阔的应用前景。作者针对CNTs／聚合物复合材料的制备方法、结构表征方法、性能及应用等方面的研究进展情况进行了综述。 内容来自123456
CNTs／聚合物复合材料性能
CNTs具有优于铜的导电性，可以取代金属填料用来制备有机复合导电材料。因为CNTs与有机物的相容性优于金属，故材料的性能更加稳定，而且质量更轻，同时CNTs高达l
000的长径比可以极大地降低复合材料的渗滤阈值，这是其它填料无法达到的。喻光辉等[163人利用超声分散和原位聚合的方法制备了聚氨酯／碳纳米管PUR／CNTs)复合材料，在CNTs质量分数为0．5％时复合材料的导电性能得到明显的提高，可用作抗电材料。徐化明等[17]人采用原位聚合法制取了聚甲基丙烯酸甲酯／定向纳米碳管(PM—MA／ACNTs)复合材料。ACNTs的加入，使得PMMA从绝缘体变成了定向和横向电导率分别为15 S／cm和4 S／cm的良导体，电导率提高了18个数量级。PMMA／ACNTs复合材料的纵向和横向的电导率不同，表现出很强的各向异性，并且随着温度升高，两个方向的电导率都提高，各向异性增强。加入CNTs使复合材料的热稳定性有了大幅度的提高，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℃。在导热性能上，ACNTs的加入使得PMMA／ACNTs复合材料的导热系数达到3．0w／m·K，与基体PMMA相比提高了将近13倍。f Wu等[18]人制备了多壁碳纳米管／高密度聚乙烯(MWNTs／HDPE)复合材料，并对其热性能做了深入的研究，实验结果表明：导热系数随着MWNTs含量的增加而升高。当MWNTs的质量分数达到38％时，混合材料的导热系数比纯HDPE的高三倍多。 123456
CNTs／聚合物复合材料的力学性能
将酸化处理以后的CNTs与高密度聚乙烯(HDPE)复合，采用机械共混法制备定向CNTs／HDPE复合材料，对其力学性能进行了研究。结果表明：CNTs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。利用CNTs对酚醛树脂(PF)进行改性，研究CNTs含量对PF／碳纤维(CF)复合材料力学性能的影响。研究表明，CNTs能够明显提高PF／CF复合材料的力学性能，当CNTs的质量分数为0．5％时，复合材料的弯曲强度达到最大值(891．8
MPa)，与未加入CNTs时相比提高了168．4 MPa，而弯曲弹性模量降低了9．5
GPa；当CNTs的质量分数为1．5％时，复合材料的压缩强度、层间剪切强度、冲击强度均达到最大值，与未加入CNTs时相比，分别提高了10．4％、79．2％、71．9％。
CNTs／聚合物复合材料的其它性能 copyright 123456
(1)摩擦学性能
以CNTs为填料制备了聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料，并研究了该复合材料在干摩擦条件下与不锈钢对摩时的摩擦磨损行为。实验结果表明，CNTs／PTFE复合材料的摩擦系数随着CNTs含量的增加呈降低的趋势，其
耐磨性能明显优于纯PTFE。当CNTs的体积分数为15％～20％时，其抗磨性能最好。SEM观察发现纯PTFE的断面上分布着大量的带状结构，而填充了CNTs后，则未观察到这种带状结构，这说明CNTs有效地抑制了PTFE结构的破坏。对PTFE和CNTs／PTFE复合材料的摩擦表面的SEM观察发现，前者的摩擦表面分布着
较明显的犁削和粘着磨损的痕迹，而后者的摩擦表面则平整光滑，这表明以CNTs作为填料可有效地抑制PTFE的磨损。
(2)抗静电性能
人采用共混纺丝的方法将CNTs加入到丙纶中，并且通过测量其摩擦静电荷量来研究其抗静电性能的变化。结果表明：单独添加少量CNTs难以提高聚丙烯(PP)纤维的抗静电性能；而添加含有碳纳米管的复合抗静电剂，可以有效地提高PP纤维的抗静电性能。

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(3)阳燃性能

人利用合成的两种新型阻燃剂SPS和PTE与聚磷酸铵(APP)及MWNTs复配，并应用于低密度聚乙烯(LDPE)，得到膨胀型阻燃LDPE-MWNTs复合材料。通过氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL一94)、锥形量热试验(CONE)对膨胀型阻燃LDPE／MWNTs复合材料的阻燃性能和燃烧性能进行了研究。结果表明，在该膨胀型阻燃体系中，IFR与MWNTs之问存在明显的协效阻燃作用，并且大大降低了低密度聚乙烯的可燃性和热释放速率(HRR)，而且
燃烧后的残碳量大大增加。实验的最佳配方可使LDPE的氧指数值达30．6，UL一94达V一0级。
CNTs／聚合物复合材料具有优良的性能，除具有以上性能外，在微波吸收口。、防紫外线透过[等方面也有相关的研究。
CNTs／聚合物复合材料的应用
CNTs作为加强相和导电相在纳米(聚合物‘31|、陶瓷‘3
2|、金属‘33]、生物‘343等)复合材料领域有着巨大的应用潜力，其中尤以CNTs／聚合物复合材料的应用研究发展得最快。将CNTs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。CNTs作为导电涂料的导电介质的最佳长径比约为250。当CNTs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CNTs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加。一般地，CNTs的含量越高，所制得的涂料导电性越好。当CNTs的质量分数大于或等于0．5(逾渗阈值，时，CNTs在环氧树脂中分散得越好，其涂料导电性越好。针对新一代吸波隐身材料要求吸收强、宽频带、质量轻、厚度薄、功能多、红外微波吸收兼容以及具有优良的其它综合性能的要求，利用CNTs特殊的电磁吸波特性，以及聚合物优良的材料性能，研究开发CNTs聚合物基复合吸波功能材料是实现该技术有效途径。从吸波材料的隐身机理出发，阐述了CNTs的电磁吸波特性，着重介绍了CNTs聚合物基吸波隐身复合材料的最新研究进展，并提出了该类材料今后发展着重应解决的技术问题。