石墨烯均匀分散问题研究进展

具有优良性能的石墨烯常被作为增强体加入基体材料中以改进其性能。研究发现,石墨烯增强复合材料的性质在很大程度上取决于石墨烯在基体中的均匀分散程度。而石墨烯增强体在基体中的均匀分散问题一直是研究的难点,这就限制了石墨烯增强复合材料性能的提升及其开发应用。总结了石墨烯在基体中均匀分散方法的研究进展,并展望了其研究方向及发展趋势。     

碳纳米管在铝基复合材料中分散的研究进展

由于具有独特的结构和优异的性能,碳纳米管(CNTs)被认为是铝基复合材料的理想增强相。CNTs的增强效果很大程度上取决于其在铝基体中分散的均匀性,但CNTs却很难分散,给高性能CNTs/Al复合材料的制备带来了不小的难题。简要分析了CNTs在铝基体中分散困难的原因以及分散性对复合材料性能的影响,详细介绍了球磨、纳米尺度分散、分子级别混合、原位合成、喷雾干燥等主要的CNTs在铝基体中的分散方法。最后,讨论了关于CNTs分散程度的量化评估方法。     

超声分散制备天然橡胶/丁苯橡胶/炭黑/碳纳米管纳米复合材料

通过超声分散制备了分散均匀的碳纳米管(CNTs)/天然橡胶母料,利用母料制备了天然橡胶(NR)/丁苯橡胶(SBR)/炭黑(CB)/碳纳米管复合材料。通过比较常规搅拌、双辊混炼和超声分散三种方法对碳纳米管的分散及对复合材料性能的影响,表明超声分散能实现碳纳米管在基体中均匀分散,CNTs和CB的协同作用提高了复合材料的力学性能,当CB/CNTs之比为37/3时力学性能最高,与未加CNTs增强的体系相比,拉伸强度提高了6.4%。当CNTs含量为7phr,与未加CNTs的体系相比,压缩模量提高了20%。     

氧化石墨烯及其分散方法对水泥基材料微观结构和力学性能的影响研究进展

氧化石墨烯(GO)因其出色的性能在改善水泥基材料微观结构、力学性能上均有很好的应用前景。然而,GO的增强效果很大程度上取决于其在水泥基体中的分散性。总结了近年来GO在水泥基材料中的研究成果,重点综述了GO的分散方式、分散机理以及相应的力学性能改善机理;对比了不同GO分散方式的优缺点,分析了GO分散前后对水泥基材料微观结构和力学性能的影响;提出了目前研究存在的问题,并对未来研究趋势进行展望;旨在为后续GO在水泥基材料中的稳定应用提供参考,以促进制备高效功能化的GO水泥基复合增强材料。     

分散方法对低含量碳纳米管玻纤/环氧层板性能的影响

采用超声波振荡与超声波破碎两种分散方法制备了低含量碳纳米管(CNTs)增强的环氧树脂, 研究了CNTs对树脂流变特性、 固化特性和力学性能的影响。进一步采用该树脂体系通过真空灌注工艺(VARIM)制备了CNTs含量为0.01%的CNTs-玻璃纤维/环氧树脂复合材料层板, 研究了两种分散方式下CNTs对复合材料层板力学性能的影响和CNTs的增强机制。结果表明: 超声波破碎分散使CNTs长度变短, 分散性更好, 与超声波振荡分散方式相比, CNTs对树脂增黏效果和树脂固化反应的影响更明显。采用双真空灌注工艺, 两种超声波分散方式下CNTs均提高了复合材料的弯曲性能、 层间剪切性能和树脂与纤维的粘结强度, 而单真空灌注工艺下CNTs的增强效果不明显, 说明受纤维过滤作用的影响, 选择合适的灌注工艺和CNTs分散方式, 低含量CNTs可实现对灌注工艺复合材料层板的增强。     

球磨对碳纳米管增强泡沫铝基复合材料压缩与吸能性能的影响

因碳纳米管（CNTs）具有优异的性能,被认为是金属基复合材料理想的增强体,因此如何制备得到CNTs增强体均匀分散的金属基复合材料一直是本领域的研究热点。本文通过原位化学气相沉积（CVD）、短时球磨和填加造孔剂的工艺成功制备了CNTs增强的泡沫铝基复合材料,着重研究了球磨过程对复合泡沫铝的微观形貌、压缩性能和吸能性能的影响规律。结果表明,随着球磨时间的延长,CNTs的分散性提高并逐步嵌入铝基体中,使复合泡沫铝的组织均匀性得到改善。相对于未球磨的含CNTs 3.0wt%的复合泡沫材料,当球磨时间增加至90 min时,复合泡沫铝的孔壁硬度、屈服强度和吸能能力分别提高了67%、126%和343%。     

超低掺量氧化石墨烯的分散行为及其对水泥基材料结构与性能的影响

研究了氧化石墨烯(GO)纳米片层在水相及分散剂作用下的存在状态及分散行为，发现GO在水泥基材料中存在掺量大、成本高及应用效果不稳定不显著的主要原因是：GO纳米片层容易团聚导致其在水泥基体中分散不均匀。为此制备了两性聚羧酸分散剂(APC)及与GO的复合物(APC-GO)，研究发现GO在APCGO复合物中不再以团簇式聚集态存在，而是主要吸附在APC多支链分子上并呈现多支链状的分散状态，通过掺入APC-GO复合物引入与水泥质量比为0.0003%的超低掺量GO，能够显著提高水泥基材料的力学性能和耐久性。SEM显示掺入APC-GO的水泥基材料具有规整致密的微观结构形貌，说明了GO在水泥基体中能够均匀分散，且对水泥水化产物的形貌和结构具有规整性调控效果，研究结果对GO在水泥基材料中的应用具有指导意义。     

纳米碳纤维增强水泥基复合材料的探讨

纳米碳纤维(Carbon nanofibers,CNFs)是近年来国内外纳米材料界的研究热点。介绍了纳米碳纤维的结构特点、性能、应用以及水泥基材料的各项性能和特点,并对纳米碳纤维增强水泥基力学性能的可能性进行了系统的探讨及研究,总结出现阶段需要解决的问题是纳米碳纤维在水泥基材料中的均匀分散及纳米碳纤维与水泥基体的相容性,并提出一些解决方案,为后期的工程应用及研究奠定了基础。     

聚氨酯/碳纳米管复合材料的疏水性能研究

采用溶液共混法制备聚氨酯(PU)/碳纳米管(CNTs)复合材料,并探讨碳纳米管含量和分散方法对PU/CNTs复合材料疏水性能的影响。实验结果表明,随机分布的CNTs丛提供了微米/纳米的双重粗糙结构,这种结构具有较大的孔隙率和比表面积,具有较强的疏水性质。PU/CNTs复合材料表面的水接触角随着CNTs含量的增加呈现先增大后减小的趋势,且当w(CNTs)=5%时水接触角达到最大值111.52°;水接触角随着分散时间的延长逐渐增大,分散超过2.0h后出现了略微的下降,最佳的分散时间是2.0h;在采用不同分散方法制得的PU/CNTs中,水接触角由高到低依次是超声分散、磁力分散、机械分散,最佳分散方法为超声分散。     

碳纳米管增强镁基复合材料制备及界面研究进展

在碳纳米管增强镁基(CNTs/Mg)复合材料制备过程中,碳纳米管间极易因范德华力团聚,且碳和镁浸润性差,因此,研究碳纳米管的均匀分散和良好的界面结合对CNTs/Mg复合材料的应用具有重要意义。本文综述了碳纳米管增强镁基(CNTs/Mg)复合材料的制备工艺进展和近年来国内外学者在改善界面结合与碳纳米管化学镀层方面的研究成果,总结了镁基复合材料的界面增强机制,并展望了CNTs/Mg复合材料未来的界面研究发展方向。     

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/铜复合材料制备技术研究现状

碳纳米管(CNTs)因独特的结构及优异的物理化学性质成为增强铜基复合材料的理想强化相。然而,分散性和界面结合问题是制备高性能CNTs/Cu复合材料所需要解决的首要问题,机械分散和化学修饰是解决上述问题的主要途径,也是一切后续成形和加工的基础。综述了国内外CNTs/Cu复合材料制备工艺研究现状,探讨了复合材料制备工艺存在的问题和解决思路以及未来的发展前景。     

Carbon nanotube reinforced polymer composites—A state of the art

Because of their high mechanical strength, carbon nanotubes (CNTs) are being considered as nanoscale fibres to enhance the performance of polymer composite materials. Novel CNT-based composites have been fabricated using different methods, expecting that the resulting composites would possess enhanced or completely new set of physical properties due to the addition of CNTs. However, the physics of interactions between CNT and its surrounding matrix material in such nano-composites has yet to be elucidated and methods for determining the parameters controlling interfacial characteristics such as interfacial shear stress, is still challenging. An improvement of the physical properties of polymer nanocomposites, based on carbon nanotubes (CNTs), is addicted to a good dispersion and strong interactions between the matrix and the filler.     

碳纳米管表面处理及其在铜基复合材料中的应用

碳纳米管因特殊结构带来的优异性能而被海内外学者广泛关注,以碳纳米管为增强相制备铜基复合材料是使铜基导体同时具有高强度和高导电性能的有效途径。然而,由于碳纳米管表面能高、表面反应活性低,碳纳米管/铜复合材料制备的过程中存在增强体分散性差和界面结合强度弱两大问题,从而阻碍了复合材料高性能的实现。在碳纳米管/铜复合材料的制备过程中,采用适当的方法对碳纳米管进行表面处理能改变碳纳米管的表面结构和反应活性,在改善碳纳米管的分散性的同时增强碳纳米管与铜基体的界面结合,从而提高碳纳米管的增强效率,保证复合材料良好的综合性能。然而,表面处理过程可能会破坏碳纳米管的结构完整性,影响碳纳米管的本征性能,进而影响其增强效果,或可能在基体中引入其他杂质,影响复合材料的导电和导热性能。因此,在进行表面处理时应综合考虑其对碳纳米管结构性能及复合材料增强作用的影响。近年来,研究者们通过优化碳纳米管表面处理工艺突破了碳纳米管/铜复合材料在制备过程的难点,在保证铜基体优异的导电、导热性能的同时,大幅提高了碳纳米管/铜复合材料的力学性能。碳纳米管表面处理工艺类型大致可分为机械球磨、化学表面改性、表面镀层和联合表面处理四类。传统的机械球磨表面处理对碳纳米管的结构破坏较大;化学表面改性又分为共价表面改性和非共价表面改性,非共价表面改性在保持碳纳米管完整的管状结构和优异性能的同时,提高了碳纳米管在溶液中的分散性,但用于复合材料制备时会给基体引入有机杂质,影响复合材料性能;共价表面改性和表面镀层是铜基复合材料制备过程中最为常用和有效的表面处理方法,其能够在提高碳纳米管在基体中的分散性能的同时改善碳纳米管表面的反应活性,从而形成碳纳米管和铜基体之间强度较高的反应结合界面,实现碳纳米管/铜复合材料高强高导的综合性能。此外,可通过综合利用各种表面处理方法,结合各表面处理工艺的优势,获得更为优异的改性效果。本文从碳纳米管表面处理工艺的基本类型以及碳纳米管表面处理对铜基复合材料结构和性能的影响两方面阐述了碳纳米管表面处理在铜基复合材料中的应用和研究进展,并对其未来的研究方向进行了展望。     

陶瓷/碳纳米管复合材料的制备、性能及韧化机理

评述和讨论了碳纳米管增强陶瓷基复合材料的制备工艺,包括碳纳米管在陶瓷基体上的分散和材料的烧结成型,添加碳纳米管后材料力学性能、导电和导热等物理性能的改善以及韧化机理,指出碳纳米管在陶瓷材料基体上的均匀分散,碳纳米管在组织中存活,碳纳米管与陶瓷基体的界面结合状态是影响碳纳米管增强陶瓷基复合材料性能提高的关键.     

碳纳米管/丁苯橡胶复合材料的电学性能

采用喷雾干燥法可制备不同配比的碳纳米管（Carbon nanotubes,CNTs）/粉末丁苯橡胶复合材料,观察CNTs在橡胶基体中的分散情况,检测复合材料的导电性能及介电性能,并进行了简要的理论分析。结果表明:CNTs在橡胶基体中获得了充分均匀的分散,有利于CNTs改性补强作用的发挥。与纯胶样品及填充炭黑（Carbon black,CB）样品相比, 填充CNTs样品在8~18GHz下具有较高的介电常数及低介电损耗。随着CNTs加入量的增加,CNTs/粉末丁苯橡胶复合材料的电导率逐渐升高,当CNTs加入量为60phr（per hundred rubber）时,与纯胶样品及添加60phr CB样品相比,电导率提高近10个数量级;复合材料内部导电同时存在隧道导电机制和渗逾导电机制。采用喷雾干燥法制备的CNTs/粉末丁苯橡胶复合材料,将是一种综合性能良好的新型纳米复合材料,有望在抗静电橡胶、电磁屏蔽及介电材料等领域获得应用。      

氯化聚乙烯/碳纳米管复合材料的制备及其性能研究

以三氯化铝(AlCl3)作催化剂,将多壁碳纳米管(MWNTS)悬浮在氯仿(CHCl3)溶液中,通过亲电加成反应,对MWNTS进行了侧壁化学修饰,并对化学修饰后的MWNTS作了红外光谱的分析.分别采用机械共混法和溶液共沉淀法制备了CPE/CNTs复合材料,对CPE/CNTs复合材料进行了拉伸性能及流变性能的测试,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察了CPE/CNTs复合材料拉伸断面的形貌特征.结果表明:CPE/CNTs复合材料的拉伸强度随碳纳米管加入量的增加而增大,当碳纳米管的加入量为5份时,其拉伸强度最大,与纯氯化聚乙烯的拉伸强度相比,提高了75%;化学修饰后的碳纳米管在氯化聚乙烯基体中有了较好的分散性和相容性;CPE/CNTs复合材料的表观粘度随碳纳米管加入量的增加而逐渐增大.