纳米碳管增强复合材料力学特性的数值分析

用Abaqus建立纳米碳管增强复合材料的平面应变模型,分析了材料的宏观力学特性,研究了在不同碳管添加量、碳管分散性、碳管分布角度以及不同基体情况下,材料力学特性的变化规律,评价了碳管增强效果的影响因素及影响程度。将此方法得到的材料力学性能数据与细观力学模型的理论预测和实验结果进行了比较,验证了该方法的可靠性。     

纳米碳管新功能

美国人发现纳米碳管不仅具有良好的导电性能，还具有比钢硬100倍的材料强度，同时还是目前世界上最好的导热材料。　　据介绍，纳米碳管依靠超声波传递热能，其传递速度可达每秒1万米。即使将纳米管捆在一起，热量也不会从一个纳米管传到另一个纳米管，这说明纳米碳管只能在一维方向传递热能。纳米碳管优异的导热性能，将使用成为今后计算机芯片的导热板，也可用于发动机、火箭等各种高温部件的防护材料。纳米碳管新功能     

纳米碳管的性质及应用技术

从纳米碳管的分子结构、性质以及潜在的应用 ,对这种新型纳米材料作了简要描述 ;对纳米碳管分子结构与性质之间的联系及纳米碳管在半导体、场电子发射器、复合材料增强等方面的应用研究情况进行了介绍。     

直线型和弯曲型纳米碳管特性对纳米复合材料有效力学性能的影响

在ANSYS平台构建直线型和弯曲型的实心和空心纳米碳管增强陶瓷基复合材料的三维特征体积单元模型.利用双尺度渐近均质化理论计算复合材料的有效力学性能,分析纳米碳管的几何形状和力学特性对复合材料有效刚度的影响.分析结果表明,随着长度和直径的变化,实心纳米碳管与空心纳米碳管增强复合材料的有效力学性能效果差异较大,两者具有不可替代性.而且纳米碳管的各向异性明显导致有效刚度降低,忽略纳米碳管的各向异性会高估复合材料的有效力学性能.此外,纳米碳管的弯曲程度对横向有效弹性模量和有效剪切模量有较显著的影响.正确构建纳米碳管模型,合理选择纳米碳管的形状和尺寸对准确评估纳米碳管增强复合材料的有效力学性能有重要意义.     

纳米碳管的结构与嵌锂行为研究

研究纳米碳管的微观结构与嵌锂行为,对于制备出真正实用的锂离子电池负极材料具有重要的指导意义.催化热分解法制备了纳米碳管,对提纯后的纳米碳管进行了充放电性能的研究.纳米碳管首次放电比容量为1 295mA.h/g,不可逆容量为845mA.h/g,充放电效率为34.7%.采用XRD、TEM和FTIR谱研究了纳米碳管的结构、表面形貌和固体电解质中间相膜(SEI膜)的形成机理和组成.纳米碳管管径约20~30nm,长大于100nm,定向生长.纳米碳管的层间距d002值为0.349 6nm,表面存在着羰基(-CO-)、羟基(-OH),碳氢σ键等活性基团.纳米碳管在锂离子反复的嵌入与脱出后,层间距变大,衍射峰变宽,峰强变弱.     

一种适用于纳米碳管储氢分子模拟研究新程序的开发

采用分子模拟法,对不同时刻纳米碳管中的氢分子数进行统计分析,可以研究氢气在纳米碳管中吸附和扩散的依时性质。为对动力学轨迹中吸附在纳米碳管内部的氢分子进行快速准确地计数,开发了一种源于FORTRAN语言的专用的统计新程序——HNTSTAT。该程序的核心部分是将笛卡尔坐标系转换为纳米碳管的内坐标系,因而可以使程序能用于对运动的纳米碳管中氢分子进行统计。将计算结果与轨迹图进行对照,结果完全吻合。     

一种适用于纳米碳管储氢分子模拟研究新程序的开发

采用分子模拟法,对不同时刻纳米碳管中的氢分子数进行统计分析,可以研究氢气在纳米碳管中吸附和扩散的依时性质。为对动力学轨迹中吸附在纳米碳管内部的氢分子进行快速准确地计数,开发了一种源于FORTRAN语言的专用的统计新程序——HNTSTAT。该程序的核心部分是将笛卡尔坐标系转换为纳米碳管的内坐标系,因而可以使程序能用于对运动的纳米碳管中氢分子进行统计。将计算结果与轨迹图进行对照,结果完全吻合。     

纳米碳管葡萄糖生物传感器的研究

基于纳米碳管的特殊物理结构和电化学特性，利用多壁纳米碳管（MWCN）修饰酶电极葡萄糖生物传感器，分析传感器性能的改变并探索酶和电子中间体在纳米碳管表面的作用机制。在碳糊电极表面纳米碳管修饰能够加快铁氰化钾/亚铁氰化钾的氧化还原速度，提高响应电流水平，但没有发现纳米碳管有直接电子传递作用；同时纳米碳管提高了葡萄糖氧化酶（GOD）分子在反应过程中的相对活性。经纳米碳管修饰后，葡萄糖生物传感器表现出良好的线性和分辨率，检测灵敏度、检测范围、检测速度有所提高；尤其在人体血糖浓度范围内，响应电流幅度提高了50%，分辨率提高了两倍。     

多壁纳米碳管的压力储氢研究

采用催化热解法制备了多壁纳米碳管，并对其进行酸化、灼烧、掺杂等一系列预处理后，在室温及氢气的压力分别为9，12MPa的条件下研究了多壁纳米碳管的储氢性能。通过对纳米碳管的不同处理可以提高纳米碳管储氢容量，掺杂金属锂后，纳米碳管的储氢量增加最大。     

多壁纳米碳管环的成环机理研究

利用连续介质模型和弹性能理论,分析了多壁纳米碳管环的形成过程.发现弯曲纳米碳管成形自由能为零的条件决定了多壁纳米碳管环的形成;并存在使直纳米碳管变弯的阈值条件,纳米碳管环是诸多弯曲构型中的一种稳定构型.此模型导出的多壁纳米碳管环半径与实测值符合.说明了连续介质弹性能理论在原子尺度下仍能使用及多壁纳米碳管环的形成是一个成形自由能为零的自组织过程.     

石墨烯关联材料包覆修饰高性能纤维的研究进展

碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯等石墨烯关联纳米材料具有很高的强度、模量、韧性和很大的表面积, 可用于充当复合材料的增强体或涂覆修饰纤维类增强体的表面。本文综述近年来采用石墨烯关联材料来修饰纤维,从而改善纤维强化复合材料中纤维和基体树脂之间界面性能的研究进展。首先概述碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯3种碳纳米材料的性能和应用,然后分别介绍他们在碳纤维和玻璃纤维表面的几种修饰方法,阐述在玻璃纤维表面协同包覆碳纳米管和氧化石墨烯时,纤维表面与树脂基体的浸润性、啮合作用和协同效应。最后,对下一步包覆的研究重点提出展望,指出在研制新型促进剂、偶联剂及协同包覆常规纤维等方面,尚需深入研究。     

贮氢材料研究进展

氢是一种清洁的绿色能源,其应用研究受到了广泛的关注。氢能的利用可以保护环境、减少污染、充分发挥能源利用率。本文概述了贮氢材料的种类及其最新的研究进展,介绍了贮氢材料的性能特点,并对贮氢合金、轻质金属-铝氢化物、玻璃微球、碳纳米管、高比表面活性炭、有机液体氢化物等贮氢材料做了进一步的综述。     

碳纳米管填料对相变储能式热沉性能的影响

为了评估纳米复合相变材料在相变储能式热管理技术中的应用潜力,采用实验方法研究碳纳米管填料对相变储能式电子器件热沉瞬态性能的影响.选用十六醇为基底相变材料,以多壁碳纳米管为填料制备了不同质量分数（0.3%、1%和3%）的纳米复合相变材料,对复合相变材料的关键热物性进行表征.在短时较高热流密度（高达7.0 W/cm2）加热条件下,比较热沉（分为有翅片和无翅片2种结构）的瞬态性能随纳米复合相变材料中碳纳米管质量分数的变化规律.实验结果表明,在添加了碳纳米管填料之后热沉的性能较采用纯十六醇的工况有所削弱.虽然加入碳纳米管后纳米复合相变材料的导热系数有所提升,但黏度的急剧增加极大地削弱了熔化过程中的自然对流效应,从而抵消了导热强化所带来的性能提升.     

粉末冶金法制备纳米碳管增强铜基复合材料的研究

用化学镀在纳米碳管表面镀覆了铜及镍,并用粉末冶金法制备纳米碳管增强铜基复合材料,研究了制备工艺的有关参数对其性能的影响．结果表明：不同的工艺参数对复合材料的性能有不同影响,相对其它参数,纳米碳管体积分数显著影响复合材料的综合性能．纳米碳管体积含量在12％左右时,复合材料的致密度和硬度达到较好综合值。     

碳纳米管表面羟基化及其纳米流体的导热性能研究

采用强碱机械球磨技术对碳纳米管进行表面功能化。红外光谱和Zeta电位测试结果表明,处理后的碳纳米管表面已被羟基化;扫描电镜结果表明,处理后的碳纳米管已被截断短化。表面功能化并被截断短化的碳纳米管能够均匀稳定地分散在水中,得到的水基含碳纳米管纳米流体具有良好的传热性能。当碳纳米管体积分数为1．0％时,与水相比它的导热系数提高达17．5％。由于纳米粒子的润滑作用,在碳纳米管体积分数较低（Ф〈0．004）的情况下,含碳纳米管纳米流体的粘度要比基体流体水的粘度低;当碳纳米管的体积分数高于0．004时,含碳纳米管纳米流体粘度随着碳纳米管含量的增加而升高。     

Energy absorption characteristics of single-walled carbon nanotubes

The excellent mechanical properties of carbon nanotubes make them potential candidates for engineering application. In this paper, the impact and failure behaviors of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are investigated. The effects of diameter, length, and chirality on their energy absorption characteristics under lateral impact and axial crush are studied. By integrating the principle of molecular structural mechanics (MSM) into finite element method (FEM), the locations and directions of fracture process can be predicted. It is shown that the specific energy absorption (SEA) of SWCNTs is 1–2 order of magnitude higher than that of the ordinary metallic materials and composites in axial impact, indicating that carbon nanotubes are promising energy absorption materials for engineering applications.     

石墨烯与碳纳米管氢吸附性能的分子模拟

在293.15 K、101.30 kPa的条件下,测定了氢气在石墨烯、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的储氢密度,对比了同等条件下采用不同力场计算得到的数据,筛选了3种碳材料的最佳计算力场。在此基础上,进一步计算了3种碳材料在0~1 000.00 kPa、77.00~573.15 K条件下的储氢密度。结果表明,Dreiding力场是计算石墨烯吸附储氢密度的最佳力场,Universal力场是计算碳纳米管吸附储氢密度的最佳力场;在给定条件下,3种材料吸附储氢能力强弱排序为石墨烯>单壁碳纳米管>多壁碳纳米管,储氢能力与材料的比表面积及其与氢气的弱结合力紧密相关。该研究结果可为分子模拟碳材料吸附储氢和储氢材料设计提供数据和理论支撑。     

碳纳米管的制备与应用研究进展

简述了碳纳米管的结构与性能,详细介绍了碳纳米管常见的制备方法和原理,以及碳纳米管在各个领域的应用和研究进展.     

Synthesis of carbon nanotubes with Ni/CNTs catalyst

Solid catalysts are widely used in industrial processes; their catalyses are closely related to not only the active elements but also support materials. The catalytic support plays the role of in-creasing surface area, dispersing active elements, improving heat resistance and mechanical strength. So it is requested that materials used as catalyst support should have excellent mechani-cal properties, enough thermal stability, proper pore structure and large surface area. The com-monly used supp…