碳納米管在復(fù)合材料中的應(yīng)用

  碳納米管因其獨特的力學(xué)、電學(xué)及化學(xué)等特性,已在眾多領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用,。隨著碳納米管合成技術(shù)的日益成熟,,低成本大量合成碳納米管已經(jīng)成為可能。拓寬碳納米管的應(yīng)用范圍,,將具有重大的實用價值。

  碳納米管無縫管狀結(jié)構(gòu)和管身良好的石墨化程度賦予了其優(yōu)異的力學(xué)性能,據(jù)理論估算,,單壁碳納米管的拉伸強度為鋼的100 倍,而質(zhì)量只有鋼的1 /6,,并且延伸率可達到20%,,其長度和直徑之比可達100~1000,,遠遠超出一般材料的長徑比,因而被稱為“超強纖維”,,其性能優(yōu)于當(dāng)前的任何一種纖維,,它既具有碳纖維的固有性質(zhì),包括奇特的電學(xué)性能,、很好的柔韌性,,良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及吸附特性,,又具有金屬材料的導(dǎo)電導(dǎo)熱性,,陶瓷材料的耐熱耐蝕性,紡織纖維的柔軟可編性,,以及高分子材料的易加工性,。正是由于碳納米管具有這些奇特的特性,所以可以作為復(fù)合材料理想的增強體,,賦予復(fù)合材料以優(yōu)異的性能,。碳納米管作為增強體增強的復(fù)合材料主要有碳納米管/聚合物復(fù)合材料、碳納米管/金屬基復(fù)合材料和碳納米管/陶瓷基復(fù)合材料三類,。

  一,、碳納米管/聚合物復(fù)合材料

  碳納米管具有獨特的力學(xué)、電學(xué)性能,,而聚合物則易于加工,、適用性強,將兩者的優(yōu)勢結(jié)合起來可以制備出性能優(yōu)異,、用途廣泛的新材料,。最近,有報道碳納米管體積含量占總體積30%~50%的碳納米管/聚合物復(fù)合材料的抗拉強度超過1.2GPa,。另據(jù)報道,,碳納米管/纖維素紙的體積電導(dǎo)率為0.53 Ωcm,在15~40 GHz 的范圍內(nèi)屏蔽效能超過20 dB,,且在30 ~ 40GHz 的范圍內(nèi)電磁波的吸收效能占80%以上,,是一種很好的吸波材料。

  二,、碳納米管/金屬基復(fù)合材料

  現(xiàn)在已研究的有碳納米管與鐵基,、鎳基、銅基,、鋁基,、鎂基、銀基等基體的復(fù)合材料,,并取得了較好的性能,。采用快速凝固法制備的碳納米管增強Fe80P20 復(fù)合材料,,由于碳納米管的加入大大提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和電阻,同時還降低了復(fù)合材料的飽和磁力矩,。將催化熱解法得到的碳納米管經(jīng)化學(xué)鍍鎳表面處理后與銅粉混合,,經(jīng)分別冷壓、熱壓,、軋制和真空退火制成的碳納米管/銅基復(fù)合材料,,當(dāng)碳納米管在體積分?jǐn)?shù)為12%~ 15%時,該復(fù)合材料潤滑效果和抑制基體氧化的效果最好,,耐磨性也最佳,。

  三、碳納米管/陶瓷基復(fù)合材料

  陶瓷材料具有共價鍵與復(fù)雜離子鍵的鍵合以及復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu),,因而呈現(xiàn)耐高溫,、耐磨損、質(zhì)量輕和高溫下強度保持率高等優(yōu)異的性能,,但陶瓷材料最大的缺點就是脆性,,利用碳納米管獨特的力學(xué)性能,在陶瓷制備過程中加入一定量的碳納米管,,能極大地提高陶瓷材料的斷裂韌性,,改善陶瓷材料的脆性,提高其力學(xué)性能,,同時還能很大地提高陶瓷材料的熱學(xué)性能等,。