功能化碳纳米管改性热塑性复合材料研究进展

碳纳米管(CNT)具有纳米级直径、大长径比、高强度,同时又具有优异的柔韧性以及良好的化学稳定性,这使得CNT可以成为增强聚合物复合材料的理想填料。然而,由于范德华力相互作用,CNT极难在热塑性基体中形成稳定分散。将CNT表面功能化是有效改善CNT与树脂基体亲和性和实现有效分散的重要手段。综述了CNT功能化的方法,功能化CNT在热塑性基体中的分散研究进展,及其改性后对热塑性基体的电学和力学性能等的影响,最后阐述了目前CNT在聚合物中应用的关键问题。     

化学所在聚合物纳米复合水凝胶方面取得重要进展

在国家自然科学基金委、北京市科技新星计划、中科院青年创新促进会等的支持下,化学所绿色印刷院重点实验室的科研人员与相关单位合作,近年来在聚合物基纳米复合材料领域取得系列研究进展。在聚合物/碳纳米粒子复合材料方面,研究人员采用自行分子结构设计的新型Gemini表面活性剂使碳纳米管(CNT)均匀分散在无规聚苯乙烯(aPS)基体中,制备了CNT充分剥离并均匀分散的间规聚苯乙烯(sPS)/原始CNT复合材料,得到了具有优异热电性能的PEDOT/rGO复合材料;在光谱学研究聚合物纳米复合材料方面研究了对纳     

碳纳米管/聚合物复合材料界面结合性能的研究进展

碳纳米管(CNT)优异的力学性能使其成为复合材料优选的增强体。CNT/聚合物复合材料的力学性能主要受其界面结合性能的影响。综述了CNT/聚合物复合材料界面结合性能的研究方法和研究现状。对CNT/聚合物复合材料界面结合性能的研究,实验上采用微观表征技术、拉曼光谱分析技术和纳米力学拔出法,分子模拟方法则是通过对CNT施加位移或外力模拟CNT从聚合物基体中的抽拔过程。概述了聚合物的类型、晶态结构以及CNT的手性、功能化处理等因素对CNT/聚合物复合材料界面结合性能的影响,并展望了CNT/聚合物复合材料界面结合性能未来研究的重点方向。     

碳纳米管/橡胶复合材料的界面性能:碳纳米管的比表面积的影响

橡胶大分子和无机纳米填料由于相互作用形成的界面是决定弹性体复合材料性能的重要因素。利用原子力显微镜的峰值力定量纳米力学映射模式(AFM-QNM)建立了碳纳米管/溶聚丁苯橡胶(CNT/SSBR)复合材料的界面纳米力学性能和界面厚度的定量表征方法,研究揭示了CNT的比表面积对CNT/SSBR复合材料的界面纳米力学性能和界面厚度的影响。结果表明,随着CNT的比表面积的增大,CNT/SSBR复合材料的界面纳米力学性能逐渐增强,界面厚度逐渐增大,这是由于CNT表面作用的橡胶大分子不动链数增加。      

碳纳米管分散性及其水泥基复合材料力学性能的研究进展

作为一种完美的纳米纤维材料,碳纳米管拥有优异的力学、电学、热学等其它性能。在土木工程领域,将均匀稳定分散的碳纳米管用于增强水泥基复合材料,能够更好的提高水泥基复合材料的强度。主要分析了碳纳米管的分散性以及从实验研究和数值分析两方面对碳纳米管水泥基复合材料的力学性能进行了分析和总结,并对碳纳米管水泥基复合材料的力学性能进行了评价与展望。     

碳纤维/碳纳米管增强基体多尺度混杂复合材料的研究现状和趋势

碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)具有非常优异的刚度和强度。CNT增强基体的传统连续纤维多尺度混杂复合材料既具有优良的纤维主导力学性能又有好的基体主导力学性能,具有广泛的应用前景。综述了国内外在碳纳米管增强基体的多尺度混杂复合材料力学性能,制备和数值模拟等方面的最新研究进展。提出了进一步研究需要解决的两个关键问题:(1)量化CNT对传统复合材料的增强效果;(2)阐明CNT对多尺度混杂复合材料的增强机制,并提出了相应的研究手段。     

碳纳米管对PP/SPTW复合材料力学性能的影响

目的研究不同含量的多壁碳纳米管(CNT)对聚丙烯/六钛酸钾晶须复合材料力学性能的影响。方法将经表面改性处理的多壁碳纳米管与改性过的六钛酸钾晶须、聚丙烯(PP)、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH),采用熔融共混法,利用双辊开炼机熔融共混制得PP/PP-g-MAH/SPTW/碳纳米管复合材料。比较不同含量的改性多壁碳纳米管对PP/PP-g-MAH/SPTW复合材料力学性能的影响。结果多壁碳纳米管表面经过混酸处理后,在复合材料中分散均匀,与聚合物基体界面间结合良好,对复合材料起到增韧增强作用,但是当碳纳米管质量分数较大时,开始出现团聚现象,反而使复合材料的力学性能降低。结论当碳纳米的质量分数为0.5%左右时,复合材料力学性能最佳。     

取向碳纳米管膜/氰基树脂复合材料的制备与性能强化机制

以浮动催化化学气相沉积法(FCCVD)碳纳米管(CNT)膜为原料,通过氰基树脂溶液浸渍法制备CNT预浸膜,然后采用热辅助牵伸和热压固化的方法制备高取向CNT膜复合材料。详细分析了热处理的温度和树脂溶液浓度对CNT预浸膜拉伸性能的影响,从而得到合适的热辅助牵伸工艺,并考察固化工艺对复合材料性能的影响。在此基础上,从浸润特性、CNT取向程度和层间剪切性能方面揭示CNT膜复合材料力学性能的强化机制。结果表明与传统CNT膜牵伸工艺相比,CNT预浸膜热牵伸工艺更有利于制备高取向CNT膜复合材料。热牵伸的温度和树脂溶液的浓度是制备高取向、低孔隙CNT预浸膜的关键因素。通过固化工艺的改变可有效调控氰基树脂的反应程度碳纳米管薄膜/氰基树脂复合材料的拉伸性能。经高温后固化处理后,CNT膜/氰基树脂复合材料的拉伸强度和模量分别高达2 748 MPa和302GPa。优异的树脂浸润特性、层间剪切强度以及高的CNT取向度使CNT膜复合材料中CNT更有利于协同承载,从而提高其力学性能。     

碳纳米管改性CF/PEEK复合材料的力学与电磁屏蔽性能

为了制备兼具优异力学性能和电磁干扰屏蔽效能的结构功能一体化耐高温热塑性复合材料,对添加不同组分碳纳米管(CNT)的连续碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF-CNT/PEEK)的力学性能、电导率以及电磁干扰屏蔽效能(EMI SE)进行了研究。考察用上浆后的CNT (SCNT)作为导电填料制备的SCF-SCNT/PEEK层合板力学性能、界面形貌和屏蔽效能,并与不进行表面修饰、仅活化的CNT (ACNT)的效果做对比实验。结果表明,适量的CNT会使CF/PEEK层合板的力学性能、电导率和EMI SE得到提高;SCNT比ACNT更容易在PEEK中均匀分散,且与SCF和PEEK的结合更好。所有样品中,仅添加1wt%SCNT的SCF-SCNT/PEEK层合板与不添加CNT的层合板相比,拉伸强度提高了20.8%,达到778 MPa;弯曲强度提高了25.9%,达到1 684 MPa;电导率提升5倍,达到0.15 S/cm;电磁干扰屏蔽效能提升69.76%,平均值达到34.97 dB。     

碳纳米管/聚丙烯腈基复合材料的热导率研究

采用原位聚合法制备了碳纳米管/聚丙烯腈(CNT/PAN)复合材料,用MDSC的测试方法研究了复合材料的热性能,并由此推导了复合材料的热导率.应用Cheng-Vachon、Nielsen-Lewis和Okamoto-Ishida 3种导热理论模型对CNT/PAN复合材料的热导率进行估算.对比实验测试与导热理论模型的计算结果,考虑到碳纳米管在聚合物基体中的分散和取向情况,得出Nielsen-Lewis理论在低填充含量及室温条件下可以较准确地估算无规分散的CNT/PAN复合材料体系的热导率.     

碳纳米管增强铝基复合材料分散方法研究进展

碳纳米管与铝基体的结合,可以获得导电和导热性良好及综合力学性能优异的复合材料,有望成为新一代轻质高强、结构功能一体化的复合材料.在制备碳纳米管增强铝基复合材料过程中,碳纳米管的团聚将降低界面结合,诱发缺陷产生,导致性能大幅下降,因此,调控优化碳纳米管的分散状态、含量成为获取良好界面结合,获得高性能碳纳米管增强铝基复合材...     

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

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。     

超声分散法制备碳纳米管/有机硅树脂复合材料及其性能研究

采用细胞粉碎机超声分散碳纳米管(CNT)的水溶液,使得表面活性剂(SDS)包裹于碳纳米管表面。然后通过过滤、烘干除去水分,将处理后的干燥的碳纳米管加入有机硅树脂中,并加入足量的二甲苯溶剂,在细胞粉碎机的超声作用下令碳纳米管均匀分散于有机硅树脂(SR)中,最后加热使部分溶剂挥发,将涂层于150℃下加热2min、350℃下加热5min,即可得到性能优异的碳纳米管改性有机硅树脂涂层。该涂膜具有良好的力学性能、耐高温性能和耐腐蚀性能,可用于电力、航空等领域的高温设备。     

取向碳纳米管/环氧树脂复合薄膜制备及结构与性能表征

碳纳米管(Carbon nanotube, CNT)/环氧树脂(Epoxy resin, EP)纳米复合材料中树脂含量、分布、CNT取向及其与树脂间界面结合是制备高性能纳米复合材料的关键因素。为了探究树脂分布和CNT/EP复合材料性能之间的关系,采用浮动催化化学气相沉积法制备的CNT薄膜和EP为原料,通过浸渍、牵伸、清洗和热压固化工艺制备CNT/EP复合薄膜。利用聚焦离子束结合扫描电子显微镜定性表征树脂在复合膜中的分布状态。结果表明,随着树脂含量增加,树脂在复合薄膜表面富集程度增加。在最优工艺条件下制备的纳米复合材料中CNT含量为66.14wt%, 拉伸强度和拉伸模量达到1405 MPa和46.7 GPa。      

碳纳米管/聚乙烯咪唑纳米复合材料的制备与表征

采用化学改性手段制备了一类新型的碳纳米管／聚乙烯咪唑(CNTs／PVI)纳米复合材料。并通过红外光谱、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射等手段表征CNTs／PVI产物。有机杂环聚合物引入碳纳米管材料体系以后,会显著改善碳纳米管在有机溶剂中的分散均匀性和可加工性,并将碳纳米管具有的优异力学、热稳定性能和杂环聚合物具有的优良溶解性等结合起来,得到一种新型的综合性能优异的光电功能材料。     

碳纳米管/环氧树脂复合材料的导电性能研究

采用搅拌和高速剪切分散工艺将碳纳米管(CNT)分散在环氧树脂(EP)中,制成CNT/EP复合导电材料,浇成圆形试样.用表面电阻计测量样品的表面电阻检测其导电性,结果显示随着碳纳米管添加量的增加,复合材料的表面电阻不断降低.碳纳米管添加量为5%时,表面电阻从1012Ω下降到106Ω.使用SEM观测了碳纳米管在环氧树脂中的分散情况.     

表面接枝TDI碳纳米管/聚氨酯复合材料的研制

为改善碳纳米管的分散性,用2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)对碳纳米管进行表面修饰,采用溶液复合方法与聚氨酯共混制备了碳纳米管/聚氨酯复合材料.通过FTIR证明了TDI确实接枝到碳纳米管表面,采用SEM、DMA、TGA等手段分析了碳纳米管修饰后的分散性及复合材料的力学性能和热性能.结果表明,经TDI修饰后的碳纳米管可以更好的分散在聚氨酯基体中,提高了聚氨酯的力学性能和热性能.     

碳纳米管/聚甲醛复合材料的结晶形态与力学性能

在对碳纳米管(CNT)进行表面修饰后,采用活性自由基聚合法(ATRP)在其表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。再将接枝上聚合物的碳纳米管添加到聚甲醛中熔融共混制得碳纳米管/聚甲醛纳米复合材料。通过偏光显微镜观察其结晶形态,并研究了功能化碳纳米管的含量对聚甲醛缺口冲击强度的影响,结果表明,CNT-PMMA的加入使聚甲醛球晶细化,复合材料的缺口冲击强度得到提高。     

碳纳米管在聚合物基体中的分散与有序排列研究--(Ⅰ)碳纳米管在聚合物基体中的分散

聚合物/碳纳米管（CNT）纳米复合材料，可将聚合物良好的加工性能和碳纳米管（CNTs）优异的功能化性质结合起来.目前，面临的主要挑战之一是如何提高CNTs在聚合物基体中的分散性.文中综述了优化物理共混、原位聚合和化学修饰等方法在改善CNTs在聚合物基体中分散性方面的最新研究动态。     

纳米碳材料的辐射改性及其应用进展

碳材料是自然界中与人类关系最为密切的重要材料之一,伴随着纳米科技的发展,具有纳米结构的功能碳材料的研究逐渐深入,已经出现了石墨烯、碳纳米管等性能优异的纳米碳材料。纳米碳材料具有机械强度高、导热导电能力强等诸多优点以及环境友好特性,能够满足绿色化学和可持续性发展的要求,因而其在复合材料中的应用成为相关领域的研究热点。纳米碳材料的引入可以显著提高复合材料的性能,并且还可以赋予材料新的性能,其在功能复合材料方面有良好的应用前景。然而,由于纳米碳材料自身的结构特点,其在溶剂和聚合物基体中的分散性、相容性和稳定性较差,这一直阻碍着其性能在复合材料中的发挥,甚至可能导致材料的整体性能降低。因此,提高纳米碳材料的分散能力和使用性能一直是研究的难点和热点。通过化学的方法提高纳米碳材料的分散能力,操作过程复杂,生产成本增加,且化学品试剂大多具有很强的毒性。近年来,纳米碳材料的辐射改性受到各界广泛的重视,利用辐射技术制备和官能化修饰纳米碳材料,可以显著提高纳米碳材料的分散能力和与基体的相容性。辐射刻蚀和还原技术用于纳米碳材料的制备时,可对其结构进行设计,例如辐射制备短切碳纳米管,降低了碳纳米管的长度,可有效提高分散能力。利用高能射线还可将氧化石墨烯进行还原,提供简单高效制备石墨烯的新方法和新思路。辐射接枝可用于纳米碳材料的表面修饰,例如在碳纳米管或石墨烯表面接枝聚合含碳碳双键的酯和芳香类聚合物,提高了纳米碳材料在溶剂和聚合物基体中的分散性能,有助于制备各种高性能功能材料。本文综述了近年来辐射技术在碳纳米管、氧化石墨烯及碳纳米纤维等材料改性及其应用方面的研究进展,总结了这三种纳米碳材料的优异性能及其复合材料在生物医药、能源、智能材料等领域的最新研究进展,分析了辐射改性纳米碳材料的优势,并对今后辐射技术和纳米碳材料相结合的研究方向进行了展望。随着对纳米碳材料辐射改性的研究和产业化的不断深入,分散性能优异的纳米碳材料有望实现大规模低成本的连续批量生产,未来在功能化和高性能化复合材料等领域的应用也将会更加广阔。