碳纳米管增强复合材料的市场化道路

碳纳米管增强复合材料的市场化道路

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项目名称碳纳米管增强复合材料

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1、树脂增韧技术

热固性树脂通常用作复合材料基体树脂，其中包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂等类型。对基体树脂进行增韧改性是提高复合材料的性能的关键措施之一。

热固性树脂基体的增韧方法，已从橡胶增韧、热塑性工程塑料增韧，发展到第三代的层间（interleaf）增韧和相转移增韧。

橡胶增韧较好地解决了基体的韧性问题，但是降低了复合材料的耐热性。热塑性工程塑料增韧较好地兼顾了基体的耐热

性和韧性问题，形成了第二代增韧树脂基体，要进一步提高其复合材料的抗冲击韧性，就必须进一步增加树脂中热塑性树脂的含量，采用热塑性共混增韧的方法发展了层间增韧和相转移增韧技术，满足了预浸料制备与热压罐成型的工艺要求，形成了第三代增韧树脂基体。

虽然高韧性树脂的研发和应用已经有了长足的进展，但仍有以下问题需要不断完善和解决：

在湿热环境下性能变化。由基体聚合物或增强纤维带来的吸湿及老化现象是FRP的一个明显缺点。

冲击性能差。FRP一般都是脆性的，断裂韧性一般明显低于金属，各种能量的冲击会导致FRP出现不可见的内部损伤，甚至可见的破坏，因而，FRP的加工和使用必须格外小心。总之，现有技术的树脂增韧效果达到了一个瓶颈，无法满足耐高温、高韧性、高强度的需求。

2、碳纳米管在复合材料中的作用

碳纳米管作为超级纤维，有着优异的力学、导电、耐腐蚀等多方面性能，被视为最佳的纳米增强材料。碳纳米管具有类似高分子的结构且主要成分是碳的特点，与高分子材料复合时，会形成完整的结合界面，得到性能优异的复合材料，表现出极好的韧性、强度、弹性、抗疲劳性、抗静电性、吸收微波性、耐腐蚀、耐老化、散热、阻燃等优异性能。

由于碳纳米管对于复合材料的增韧、增强是全方位的，表面、

内部兼顾，各方面性能全面提升，相比较其它树脂增韧方法，具有明显的优势，因此可以在现有各种韧性树脂的基础上进行添加以提高韧性以及其它各方面性能。碳纳米管增韧增强的复合材料必将成为高韧性、高强度、性能全面的新一代复合材料。

碳纳米管的表面能较高，容易发生团聚，使它在聚合物中难以实现均匀分散。碳纳米管要作为增强材料必须要与聚合物骨架紧密结合,这样才能使应力有效地转移到碳纳米管上。

但实际上大多数的配方由于纳米管的分散性差以及对复合

材料附着性差而没有起到提高性能的作用。因此，碳纳米管的有效分散已成为实际应用中必不可少的步骤。

切实有效的解决方案是在系统中引入分散剂，使碳纳米管在基体中均匀的分散和与基体界面的紧密结合。

美国某公司基于碳纳米管分散技术，成功的开发出增韧树脂、预浸料和胶黏剂等系列产品，并制造了世界第一艘纳米复合材料无人船。并将碳纳米管增强剂运用到美国APV开发的

橡胶轮胎、赛车轮毂以及俄罗斯OCSiAl公司的复合材料中。

3、国外碳纳米管应用情况

在国内外的企业中，在碳纳米管复合材料方面，只有比利时一家公司有碳纳米管复合材料的产品，而且部分技术也是通过技术转让从美国公司获得。

近几年，美国航天局、欧盟都在资助碳纳米管在复合材料中

进行开发测试，还没有取得明显的进展。

美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员开发出一种均匀的多壁碳纳米管为基础的阻燃涂料。

挪威AMC公司开发“碳纳米管”新涂料：用于运输船上，涂料的光滑性和高硬度能延长寿命，从而延长其清洁周期。

美国Hyperion(海博龙) Catalysis、日本昭和电工、法国ARKEMA公司都将碳纳米管用于抗静电、导电塑料中及电池电极。

新加坡Zycraft公司于2010年建造了第一艘碳纳米管复合材料无人舰船，其重量更轻、强度更高、载荷更大、续航能力更长，现一直在新加坡海域航行。

4、国内复合材料技术现状

从国内情况来看，能够开发出高增韧树脂的厂家寥寥无几，与国外大公司的差距较大，大多数厂家生产的预浸料、复合材料制品，除了质量上的微小差异外，性能上几乎同质化，无法满足高端的要求，因此大部分产能被浪费。

添加碳纳米管的复合材料能够将现有产品的性能提高一个

档次，将成为新一代的复合材料，也可起到盘活那些产能过剩的企业的作用，共同推动碳纤维复合材料的大量应用。5、政策方面

十三五规划和中国制造2025都把发展新材料、复合材料列为重要发展项目，并为发展提供政策支持和保证。北京市科

委对于纳米新材料的研发以及在国防、军事装备、航空等高端制造方面的推广应用给与优惠的政策支持。

6、市场方面

大飞机制造、汽车轻量化、高铁轻量化、风电、军事装备、智能舰船等领域都为复合材料的发展和大量应用提供了良

好的机遇。

在海洋装备防腐涂料、散热涂料、轮胎橡胶、防静电及导电塑料、胶黏剂等领域，碳纳米管的应用也具有广阔的前景和巨大用量。

【融资金额】2亿元【项目地点】华北【项目亮点】1、专利：通过收购美国某公司（一家全球领先的分子材料技术公司），获得其有效专利9项和全部知识产权。

2、团队：技术团队（美国研发团队、国内知名科研机构纳米材料研发人员等)。

3、前期进展：已经达成收购意向和前期技术审查、评估及国内初步测试。

4、国内外情况：

国内：碳纳米管在树脂材料中的分散技术国内尚属于空白，市场供应空白，具备规模化生产优势。国际：处于国际领先地位，供货美国APV公司、俄罗斯OCSiAl公司、法国ARKEMA公司等

5、市场：市场容量为50亿/年以上。该系列产品技术含量高，

利润高，市场潜力巨大。

6、应用：项目已具有在二官能团环氧树脂和防腐涂料应用的成熟技术，可以应用在现有技术的中、低端复合材料中用以提高各方面性能，适用于汽车、体育器材、高铁等行业；正在开发应用于飞机制造、发动机等领域的高端耐高温复合材料、胶黏剂等。

7、政策：项目可以得到当地政策性支持和补贴。附录：最新新材料项目汇总（附链接）

【新材料项目】微纳压印导光材料技术领导者【新材料项目】新一代的宝石——碳化硅-莫桑钻【新材料项目】蓝宝石晶体【新材料项目】高纯纳微米球形氧化铝【新材料-循环经济项目】高性能活性粉体【新材料项目】新型建筑化学品材料【新材料项目】高性能特种塑料【新材料项目】无缺陷薄层石墨烯及其下游产品开发【新材料投融资项目】某晶振供应商寻求融资【新材料-新能源项目】新一代纳米纤维隔膜【新材料-先进制造项目】高密度纤维涡轮【新材料-先进制造项目】激光再制造技术【新材料项目】新一代气凝胶超级绝热材料【新材料投融资并购】新型循环经济建设项目【新材料并购标的】高性能合金材料供应商【新材料并购项目】欧洲高性能航空纤维复合材料供应商【新材料并购项目】欧洲高性能陶瓷材料供应商【新材料投融资并购】新型气凝胶超节能玻璃项目新一代超硬纳米复合涂层，它将是下一个万亿的市场

吗？应用于食品工业和医药等领域的纳米纤维素新型催化

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应用于人体组织和器官打印的生物3D打印材料应用于汽车领域的碳纤维材料

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尼龙_碳纳米管复合材料研究进展

基金项目:河南省教育厅自然科学基金项目(200510459101); 作者简介:李中原(1971-),男,博士研究生; 3通讯联系人:E 2mail :zhucs @https://www.wendangku.net/doc/f916033769.html,. 尼龙Π碳纳米管复合材料研究进展 李中原,刘文涛,许书珍,何素芹3,朱诚身3 (郑州大学材料科学与工程学院　郑州　450052) 摘要:碳纳米管(C NTs )由于其独特的结构,较高的长径比,较大的比表面积,且具有超强的力学性能和良好 的导热性,已经证明是塑料的非常优异的导电填料,聚合物基碳纳米管复合材料可望应用于材料领域的多个方面,尤其在汽车、飞机及其它飞行器的制造等军事和商业应用上带来革命性的突破。本文介绍了碳纳米管的结构形态和碳纳米管的制备、纯化、修饰方法及聚合物基碳纳米管复合材料的制备、性能,并综述了近几年来尼龙Π碳纳米管复合材料的研究进展及应用前景。 关键词:碳纳米管;尼龙;复合材料 引言 聚酰胺具有优良的机械性能、耐磨性、耐酸碱性、自润滑性等优点,居于五大工程塑料之首,被广泛用作注射及挤出成型材料,主要用于在机械、仪器仪表、汽车、纺织等方面,并将在轴承、齿轮、风扇叶片、汽车部件、医疗器材、油管、油箱、电子电器制品的制造方面发挥重要作用,尤其是作为汽车零部件及电器元件。由于酰胺极性基团存在极易吸水、尺寸稳定性差等缺点,使其应用受到了很大限制[1]。纳米复合材料是近年来发展十分迅速的一种新兴复合材料,被认为是21世纪最有发展前途的材料,已成为材料学、物理学、化学、现代仪器学等多学科领域研究的热点。热塑性塑料基纳米复合材料是研究最早、最多、应用最广的材料,聚合物Π蒙脱土纳米复合材料目前有的已实现了产业化[2]。碳纳米管由于其独特的结构、 奇异的性能和潜在的应用价值,在理论上是复合材料理想的增强材料。近年来聚合物Π碳纳米管复合材料的研究已成为纳米科学研究中的一个新热点。碳纳米管的发现可以追溯到1985年C 60 [3]的发现,1991年日本学者Iijima [4]在对电弧放电后的石墨棒进行显微观察时发现阳极上形成了圆柱状沉积,沉积主要 由柱状排列的平行的中空管状物形成,管状物的直径一般在几个到几十个纳米之间,而管壁厚度仅为几个纳米,故称之为碳纳米管C NTs (carbon nanotubes ),并在自然杂志上发表。碳纳米管具有超级的力学性能[5],在碳纳米管中,碳原子之间存在着三种基本的原子力包括:强的δ键合,C C 键之间的π键合以及多壁碳纳米管层与层之间的相互作用力,它们对碳纳米管的力学性能有着重要的贡献,理论和实验结果显示碳纳米管具有相当高的弹性模量,可达1TPa ,强度是钢的10～100倍,多壁碳纳米管MWC NTs (multiwalled carbon nanotubes )的轴向杨氏模量实验值为200G ～4000G Pa ,轴向弯曲强度为14G Pa ,轴向压缩强度为100G Pa ,并且具有超高的韧性,理论最大延伸率可达20%,密度却只有钢的六分之一。它耐强酸、强碱、耐热冲击、有优异的热,电性能;高温强度高、有生物相容性和自润滑性。在真空中2800℃以下不氧化,在空气中700℃以下基本不氧化,热传导是金刚石的两倍,导电性和铜一样。本文将从碳纳米管的纯化与修饰,尼龙Π碳纳米管复合材料的制备方法及其性能特征三方面对尼龙Π碳纳米管复合材料的研究进展进行总结。

碳纳米管

碳纳米管简介 潘春旭 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 武汉大学 物理科学与技术学院 地址：430072湖北省 武汉市 武昌区 珞珈山 电话：027-8768-2093(H)；8721-4880(O) 传真：027-8765-4569 E-Mail: cxpan@https://www.wendangku.net/doc/f916033769.html,；cxpan@https://www.wendangku.net/doc/f916033769.html, 个人网页：https://www.wendangku.net/doc/f916033769.html,/cxpan ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 1. 什么是碳纳米管？ 1991年日本NEC公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空的碳纤维，直径一般在几纳米到几十个纳米之间，长度为数微米，甚至毫米，称为“碳纳米管”。理论分析和实验观察认为它是一种由六角网状的石墨烯片卷成的具有螺旋周期管状结构。正是由于饭岛的发现才真正引发了碳纳米管研究的热潮和近十年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。 按照石墨烯片的层数，可分为： 1) 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）：由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直 径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。又称富勒管(Fullerenes tubes)。 2) 多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）：含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。 其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。多壁管的典 型直径和长度分别为2～30nm和0.1～50μm。 多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相 比，单壁管是由单层圆柱型石墨层构成， 其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有 更高的均匀一致性。无论是多壁管还是单 壁管都具有很高的长径比，一般为100～ 1000，最高可达1000～10000，完全可以 认为是一维分子图1 碳纳米管原子排列结构示意图 2. 碳纳米管的独特性质 1) 力学性能 碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级。它是最强的纤维，在强度与重量之比方面，这种纤维是最理想的。如果用碳纳米管做成绳索，是迄今唯一可从月球挂到地球表面而不会被自身重量拉折的绳索，如果用它做成地球——月球载人电梯，人们来往月球和地球献方便了。用这种轻而柔软、结实的材料做防弹背心那就更加理想了。 除此以外，它的高弹性和弯曲刚性估计可以由超过兆兆帕的杨氏模量的热振幅测量证实。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa；对于多层壁，理论计算太复杂，难于给出一确定的值。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。

碳纳米管纳米材料的应用要点

碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用 摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强, 因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carbon nanotubes（CNTs） are nanometer-sized carbon materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure，large surface area，high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertness. Selecting appropriate methods to prepare carbon nanotube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas，especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparison of the advantages and disadvantages of carbon nanotube composites，the enhancement mechanisms of the CNTs catalysts are introduced. Afterward，the lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carbon nanotube; composite; energy storage batteries; application 1 引言 碳纳米管(CNTs)在2004 年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料, 它的径向尺寸可达到纳米级, 轴向尺寸为微米级, 管的两端一般都封口, 因此它有很大的强度, 同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2 碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着

碳纳米管增强聚合物复合材料的合成及应用进展

Advances in Material Chemistry 材料化学前沿, 2017, 5(3), 70-79 Published Online July 2017 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/f916033769.html,/journal/amc https://https://www.wendangku.net/doc/f916033769.html,/10.12677/amc.2017.53009 The Research Advances on Carbon Nanotubes/Polymer Nanocomposites Nannan Chao, Rao Fu, Changmei Sun*, Rongjun Qu*, Ying Zhang School of chemistry material science, Ludong University, Yantai Shandong Received: May 13th, 2017; accepted: May 30th, 2017; published: Jun. 2nd, 2017 Abstract Carbon nanotubes are ideal reinforcing materials due to their large aspect ratio and specific sur-face area. The research advances on carbon nanotubes/polymer nanocomposites in recent years have been reviewed in this paper. The reinforced polymers mainly included polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polysulfone and polymethyl methacrylate. The preparation methods, applica-tions and mechanical properties, thermal stability and electrical conductivity of the composites were summarized. Keywords Carbon Nanotubes, Polymer, Nanocomposites, Mechanical Property 碳纳米管增强聚合物复合材料的合成及应用进展 晁楠楠，付饶，孙昌梅*，曲荣君*，张盈 鲁东大学化学与材料科学学院，山东烟台 收稿日期：2017年5月13日；录用日期：2017年5月30日；发布日期：2017年6月2日 摘要 碳纳米管由于具有很大的长径比和比表面积，是理想的增强材料。本文主要综述了近年来碳纳米管增强聚合物复合材料的研究进展，所增强的聚合物主要包括聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚砜和聚甲基丙烯酸甲酯。 *通讯作者。 文章引用: 晁楠楠, 付饶, 孙昌梅, 曲荣君, 张盈. 碳纳米管增强聚合物复合材料的合成及应用进展[J]. 材料化学前

碳纳米管增强陶瓷基复合材料

碳纳米管增强陶瓷基复合材料 王晓丽 （江苏江阴 国家纺织产品质量监督检验中心 214400） 【摘 要】：本文综述了碳纳米管独特结构与力学性能，碳纳米管增强陶瓷基复合材料的烧结成型以及其物理、力学性能，并对碳纳米管增强陶瓷基复合材料的研究进行了展望。 【关键词】：碳纳米管；陶瓷基复合材料；物理性能；力学性能 引 言 碳纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs：)[1]是一种非常奇特的新型一维纳米材料,碳纳米管在结构上与其它的碳材料有很大的不同,它是由石墨中的碳原子在1200℃以上的高温下,从其微观结构的六边形网格层面的边界开始卷曲，直到两个边界完美地结合在一起而形成的一个笼状“纤维”。碳纳米管呈空心管状结构,其长度为微米级,直径为纳米级。根据管壁的碳原子层数,可分为单壁碳纳米管(Single Wall Carbon Nanotubes，SWCNTs)和多壁碳纳米管(Multi wal1 Carbon Nanotubes，MWCNTs)。 碳纳米管独特的结构,致使其具有非常独特的性能。碳纳米管的电子结构与其构型直接相关,不同的构型,可以表现出金属性或半导体性，使之成为制造电子器材的极佳材料。碳纳米管依靠超声波传递热能,速度可达每秒l万米,是目前世界上最好的导热材料,有可能成为今后计算机芯片的导热板；碳纳米管细尖极易发射电子，是制造场发射的极好材料。碳纳米管的特殊性能在电子、化工等领域中得到了应用,同时在复合材料领域中的研究应用也得到了发展。 陶瓷材料具有共价键和复杂离子键的键合以及复杂的晶体结构，因而呈现耐高温、耐磨损和重量轻等优异的性能,在航空航天、国防军工及工业生产等领域应用十分广泛，但陶瓷材料的脆性问题一直制约着其进一步发展和应用。通过引入增强介质，如第二相颗粒、纤维与晶须等合成陶瓷基复合材料来强韧化陶瓷材料的研究取得了一些成就，但增韧幅度不大。 由于碳纳米管特殊的结构和优异的性能，合成碳纳米管增强的复合材料，已经

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述 摘要：本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍，详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字：碳纤维，复合材料，应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料，到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料（constituent materials），它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言，组分材料包括基体和增强体，基体是复合材料中的连续相，其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷；增强体是复合材料中承载的主体，包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体，其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维，按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维，而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料，直径范围在6～8 μm 内，是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类：聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维，分别用聚丙烯腈原丝（称之为前驱体）、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺，使纤维中的氢、

聚合物碳纳米管复合材料研究综述

聚合物/碳纳米管复合材料研究综述 摘要 综述了目前碳纳米管在填充聚合物来制备介电、导电、吸波、导热等复合材料方面的应用。对常见的几种聚合物/碳纳米管复合材料的制备工艺以及碳纳米管在聚合物中的分散方法进行了详细地阐述。最后对聚合物/碳纳米管在研究过程中存在的问题和未来的研究方向进行了相应地分析和展望。 关键词:碳纳米管; 逾渗理论; 复合材料; 制备工艺; 分散 Review of Research on Polymer /Carbon Nanotube Composite Abstract The current carbon nanotube-filled polymer compound to prepare the electricity，conductive，absorbing，thermal conductivity，and other aspects of application of composite materials are reviewed．Several common polymer / carbon nanotube composite preparation process as well as the dispersion of carbon nanotubes in polymer are elaborated．Finally，the polymer /carbon nanotube in the study process and future research is analyzed and prospected． Key words: carbon nanotubes; percolation theory; composite; preparation; dispersion

碳纳米管增强金属基复合材料的研究进展

第４３卷２０１５年１０月 第１０期 第９１－１０１页 材料工程 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．４３ Ｏｃｔ．２０１５ Ｎｏ．１０ ｐｐ．９１－１０１ 碳纳米管增强金属基复合 材料的研究进展 ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅ ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＭｅｔａｌＭａｔｒｉｘＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ 何天兵１，胡仁伟２，何晓磊１，李沛勇１ （１北京航空材料研究院，北京１０００９５； ２总参陆航部装备发展办公室，北京１０００８２） ＨＥＴｉａｎ-ｂｉｎｇ１，ＨＵＲｅｎ-ｗｅｉ２，ＨＥＸｉａｏ-ｌｅｉ１，ＬＩＰｅｉ-ｙｏｎｇ１ （１ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ； ２ＴｈｅＨｅａｄｑｕａｒｔｅｒｓｏｆｔｈｅＧｅｎｅｒａｌＳｔａｆｆｏｆｔｈｅＡｖｉａｔｉｏｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＯｆｆｉｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８２，Ｃｈｉｎａ） 摘要：碳纳米管增强金属基复合材料由于高的比强度、比模量以及优异的热、电性能在航空航天领域具有很好的应用潜力，本文在分析大量文献的基础上，评述该类材料的制备技术和界面研究进展，对其典型性能进行归纳，指出碳纳米管的分散技术以及碳管、基体之间的界面特性应该是今后本领域的重点研究方向。 关键词：碳纳米管；金属基复合材料；制备技术；分散性；界面 doi：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１-４３８１．２０１５．１０．０１５ 中图分类号：ＴＢ３３３文献标识码：Ａ文章编号：１００１-４３８１（２０１５）１０-００９１-１１ Abstract：Ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＣＮＴ／ＭＭＣｓ）ｏｗｉｎｇｔｏｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｓｗｅｌｌａｓｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌｔｈｅｒｍａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｐｏｓｓｅｓｓｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎａｅｒｏｓｐａｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｐｕｂｌｉｓｈｅｄｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅｐｒｏ-ｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｔｈｅＣＮＴ／ｍｅｔａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｒｅｓｅａｒｃｈａｄｖａｎｃｅｓｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄ，ａｎｄｓｏｍｅｔｙｐｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｉｔｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔ，ｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｂｅｔｗｅｅｎＣＮＴａｎｄｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｗｏｕｌｄｂｅｍａｉｎｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａｓｉｎｆｕｔｕｒｅ．Ke y words：ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ（ＣＮＴｓ）；ｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＭＭＣｓ）；ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｄｉｓｐｅｒ-ｓｉｏｎ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ 航空航天技术的迅速发展对材料的性能提出了越来越高的要求，传统材料已经存在一定的局限性，如铝合金弹性模量低，热膨胀系数大；钛合金热导率低等。金属基复合材料具有高的比强度、比刚度和高温性能，能够满足先进航空航天飞行器的发展需要。碳纳米管具有超强的力学性能和优异的物理性能（其弹性模量达１～１．８ＴＰａ，抗拉强度达１５０ＧＰａ［１，２］，密度可达０．８ｇ／ｃｍ３，热膨胀系数几乎为零［３－５］），是复合材料的理想增强体。碳纳米管增强金属基复合材料是近十几年发展起来的一类先进复合材料，除具有普通金属基复合材料的优良性能外，还具有比重轻、热膨胀系数小、导电导热率好、阻尼性能优良等优点，在航空航天领域具有良好应用潜力。本文综述了碳纳米管增强金属基复合材料近年来在制备方法、界面及性能方面的研究进展。１碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法 碳纳米管增强金属基复合材料的制备工艺较为困难和复杂。一方面，碳纳米管容易团聚，为确保所制得的金属基复合材料性能良好，在制备过程中碳管的分布要尽可能均匀；另一方面，大多数金属对碳管的润湿性都很差，甚至不润湿；此外，金属熔点高，原子在高温下很活泼，易与碳管发生反应。在过去的十几年中，各国学者们对碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法进行了大量探索和研究，目前主要存在以下几大类：粉末冶金法、搅拌铸造法、熔体浸渗法、电-化学镀法和喷涂法等［６］。 １．１粉末冶金法 大部分的碳纳米管增强铝基或铜基复合材料均采用粉末冶金法制备，也有少数研究者采用此法制备了

碳纤维复合材料

碳纤维复合材料 碳纤维增强复合材料(Carbon Fibre-reinforced Polymer, 简称CFRP)是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成的复合材料，简称碳纤维复合材料。 碳复合材料的特性主要表现在力学性能、热物理性能和热烧蚀性能三个方面。 (1)密度低(1.7g/cm3左右)在承受高温的结构中，它是最轻的材料;高温的强度好，在2200oC时可保留室温强度;有较高的断裂韧性，抗疲劳性和抗蠕变性;而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，纤维取向明显影响材料的强度，在受力时其应力-应变曲线呈现"假塑性效应"即在施加载荷初期呈线性关系，后来变成双线性关系，卸载后再加载，曲线仍为线性并可达到原来的载荷水平。 (2)热膨胀系数小，比热容高，能储存大量的热能，导热率低，抗热冲击和热摩擦的性能优异。 (3)耐热烧蚀的性能好，热烧蚀性能是在热流作用下，由于热化学和机械过程中引起的固体材料表面损失的现象,通过表层材料的烧蚀带走大量的热量,可阻止热流入材料内部, C-C材料是一种升华-辐射型材料。 复合原理它以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以碳或石墨化的树脂作为基体。 复合以后的这种材料在高温下的强度好，高温形态稳定，升华温度高，烧蚀凹陷性，平行于增强方向具有高强度和高刚性，能抗裂纹传播，可减震，抗辐射。 碳纤维增强尼龙的特色 碳纤维具有质轻、拉伸强度高、耐磨损、耐腐蚀、抗蠕变、导电、传热等特色，与玻璃纤维比较，模量高3?5倍，因而是一种取得高刚性和高强度尼龙资料的优秀增强资料。碳纤维复合资料可分为长（接连）纤维增强和短纤维增强两大类。纤维长度可从300~400m 到几个毫米不等。曩昔10年中，大家在改善不一样品种的碳纤维复合资料加工办法和功能方面投入了许多的研讨。从预浸树脂到模塑法加工，从短纤维掺混塑料注射加工到层压成型，在碳纤维复合资料及制品制造方面积累了许多成功的经历。当前普遍认为，长（接连）纤维有高强、高韧方面的优越性，短切纤维有加工性好的特色。因而，长碳纤维复合资料在加工上完善成型技术、短碳纤维复合资料进一步进步力学功能是碳纤维复合资料开展的方向。 依据碳纤维长度、外表处理方式及用量的不一样，还能够制备归纳功能优秀、导电功能各异的导电资料，如抗静电资料、电磁屏蔽资料、面状发热体资料、电极资料等。碳纤维增

碳纳米管纳米复合材料的研究现状及问题(一)

碳纳米管纳米复合材料的研究现状及问题(一) 文章介绍了碳纳米管的结构和性能，综述了碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法及其聚合物结构复合材料和聚合物功能复合材料中的应用研究情况，在此基础上，分析了碳纳米管在复合材料制备过程中的纯化、分散、损伤和界面等问题，并展望了今后碳纳米管/聚合物复合材料的发展趋势。 。碳纳米管的这些特性使其在复合材料领域成为理想的填料。聚合物容易加工并可制造成结构复杂的构件，采用传统的加工方法即可将聚合物/碳纳米管复合材料加工及制造成结构复杂的构件，并且在加工过程中不会破坏碳纳米管的结构，从而降低生产成本。因此，聚合物/碳纳米管复合材料被广泛地研究。 根据不同的应用目的，聚合物/碳纳米管复合材料可相应地分为结构复合材料和功能复合材料两大类。近几年，人们已经制备了各种各样的聚合物/碳纳米管复合材料，并对所制备的复合材料的力学性能、电性能、热性能、光性能等其它各种性能进行了广泛地研究，对这些研究结果分析表明：聚合物/碳纳米管复合材料的性能取决于多种因素，如碳纳米管的类型(单壁碳纳米管或多壁碳纳米管)，形态和结构(直径、长度和手性)等。文章主要对聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状进行综述，并对其所面临的挑战进行讨论。 1聚合物/碳纳米管复合材料的制备 聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法主要有三种：液相共混、固相共融和原位聚合方法，其中以共混法较为普遍。 1.1溶液共混复合法 溶液法是利用机械搅拌、磁力搅拌或高能超声将团聚的碳纳米管剥离开来，均匀分散在聚合物溶液中，再将多余的溶剂除去后即可获得聚合物/碳纳米管复合材料。这种方法的优点是操作简单、方便快捷，主要用来制备膜材料。Xuetal8]和Lauetal.9]采用这种方法制备了CNT/环氧树脂复合材料，并报道了复合材料的性能。除了环氧树脂，其它聚合物(如聚苯乙烯、聚乙烯醇和聚氯乙烯等)也可采用这种方法制备复合材料。 1.2熔融共混复合法 熔融共混法是通过转子施加的剪切力将碳纳米管分散在聚合物熔体中。这种方法尤其适用于制备热塑性聚合物/碳纳米管复合材料。该方法的优点主要是可以避免溶剂或表面活性剂对复合材料的污染，复合物没有发现断裂和破损，但仅适用于耐高温、不易分解的聚合物中。Jinetal.10]采用这种方法制备了PMMA/MWNT复合材料，并研究其性能。结果表明碳纳米管均匀分散在聚合物基体中，没有明显的损坏。复合材料的储能模量显著提高。 1.3原位复合法 将碳纳米管分散在聚合物单体，加入引发剂，引发单体原位聚合生成高分子，得到聚合物/碳纳米管复合材料。这种方法被认为是提高碳纳米管分散及加强其与聚合物基体相互作用的最行之有效的方法。Jiaetal.11]采用原位聚合法制备了PMMA/SWNT复合材料。结果表明碳纳米管与聚合物基体间存在强烈代写论文的黏结作用。这主要是因为AIBN在引发过程中打开碳纳米管的π键使之参与到PMMA的聚合反应中。采用经表面修饰的碳纳米管制备PMMA/碳纳米管复合材料，不但可以提高碳纳米管在聚合物基体中的分散比例，复合材料的机械力学性能也可得到巨大的提高。 2聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状 2.1聚合物/碳纳米管结构复合材料 碳纳米管因其超乎寻常的强度和刚度而被认为是制备新一代高性能结构复合材料的理想填料。近几年，科研人员针对聚合物/碳纳米管复合材料的机械力学性能展开了多方面的研究，其中，最令人印象深刻的是随着碳纳米管的加入，复合材料的弹性模量、抗张强度及断裂韧性的提高。

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用

碳纤维复合材料在航空航天领域的应用林德春潘鼎高健陈尚开 （上海市复合材料学会）（东华大学）（连云港鹰游纺机集团公司） 碳纤维是纤维状的碳素材料，含碳量在90%以上。具有十分优异的力学性能，与其它高性能纤维相比具有最高比强度和最高比模量。特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质。此外，其还兼具其他多种得天独厚的优良性能：低密度、高升华热、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、高震动衰减性、低热膨胀系数、导电导热性、电磁屏蔽性,纺织加工性均优良等。因此，碳纤维复合材料也同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,被应用于军事及民用工业的各个领域，在航空航天领域的光辉业绩，尤为世人所瞩目。 可以明显看出，在航空航天领域碳纤维的用量有大幅度增加，2006年比2001年增长约40%，2008年增长约76%，2010年和2001年相比增长超过100%。 本文将介绍碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在航空航天领域应用的新进展。 1 航空领域应用的新进展 T300 碳纤维/树脂基复合材料已经在飞行器上广泛作为结构材料使用，目前应用较多的 为拉伸强度达到5.5GPa，断裂应变高出T300 碳纤维的30％的高强度中模量碳纤维T800H 纤维。 （1）军品 碳纤维增强树脂基复合材料是生产武器装备的重要材料。在战斗机和直升机上，碳纤维复合材料应用于战机主结构、次结构件和战机特殊部位的特种功能部件。国外将碳纤维/环氧和碳纤维/双马复合材料应用在战机机身、主翼、垂尾翼、平尾翼及蒙皮等部位，起到了明显的减重作用，大大提高了抗疲劳、耐腐蚀等性能，数据显示采用复合材料结构的前机身段，可比金属结构减轻质量31.5%，减少零件61.5%，减少紧固件61.3%；复合材料垂直安定面可减轻质量32.24%。用军机战术技术性能的重要指标——结构重量系数来衡量，国外第四代军机的结构重量系数已达到27～28%。未来以F-22为目标的背景机复合材料用量比例需求为35%左右，其中碳纤维复合材料将成为主体材料。国外一些轻型飞机和无人驾驶飞机，已实现了结构的复合材料化。目前主要使用的是T300级和T700级小丝束碳纤维增强的复合材。 美国在歼击机和战斗机上大量使用复合材料：F-22的结构重量系数为27.8%，先进复合材料的用量已达到25%以上，军用直升机用量达到50%以上。八十年代初美国生产的单人

碳纳米管纳米复合材料的分析现状及问题

碳纳米管纳米复合材料的分析现状及问题 [摘要]文章介绍了碳纳米管的结构和性能，综述了碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法及其聚合物结构复合材料和聚合物功能复合材料中的应用研究情况，在此基础上，分析了碳纳米管在复合材料制备过程中的纯化、分散、损伤和界面等问题，并展望了今后碳纳米管/聚合物复合材料的发展趋势。 [关键词]碳纳米管；复合材料；结构；性能 自从1991 年日本筑波NEC 实验室的物理学家饭岛澄男(Sumio Iijima)[1]首次报道了碳纳米管以来，其独特的原子结构与性能引起了科学工作者的极大兴趣。按石墨层数的不同碳纳米管可以分为单壁碳纳米管(SWNTs) 和多壁碳纳米管(MWNTs)。碳纳米管具有极高的比表面积、力学性能(碳纳米管理论上的轴向弹性模量与抗张强度分别为1~2 TPa 和200Gpa)、卓越的热性能与电性能(碳纳米管在真空下的耐热温度可达2800 ℃，导热率是金刚石的 2 倍，电子载流容量是铜导线的1000 倍)[2-7]。碳纳米管的这些特性使其在复合材料领域成为理想的填料。聚合物容易加工并可制造成结构复杂的构件，采用传统的加工方法即可将聚合物/碳纳米管复合材料加工及制造成结构复杂的构件，并且在加工过程中不会破坏碳纳米管的结构，从而降低生产成本。因此，聚合物/碳纳米管复合材料被广泛地研究。 根据不同的应用目的，聚合物/碳纳米管复合材料可相应地分为结构复合材料和功能复合材料两大类。近几年，人们已经制备了各种各样的聚合物/碳纳米管复合材料，并对所制备的复合材料的力学性能、电性能、热性能、光性能等其它各种性能进行了广泛地研究，对这些研究结果分析表明：聚合物/碳纳米管复合材料的性能取决于多种因素，如碳纳米管的类型(单壁碳纳米管或多壁碳纳米管)，形态和结构(直径、长度和手性)等。文章主要对聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状进行综述，并对其所面临的挑战进行讨论。 1 聚合物/碳纳米管复合材料的制备 聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法主要有三种：液相共混、固相共融和原位聚合方法，其中以共混法较为普遍。

碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状及展望

3武器装备预研基金(51412010KG 01)资助　杨益:男,1981年生,硕士研究生,主要从事镁基复合材料研究　E 2mail :csuyycl @https://www.wendangku.net/doc/f916033769.html, 碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状及展望3 杨　益,杨盛良 (国防科技大学航天与材料工程学院,长沙410073) 摘要 首先介绍了碳纳米管的性质和优点,并讨论了将其应用于制备金属基复合材料方面的优势。从制备方 法、材料性能等方面阐述了目前国内外对碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状,并对碳纳米管增强金属基复合材料研究的发展前景进行了展望。 关键词 碳纳米管　增强相　复合材料 R esearch Status and Development Prospect of Mental Matrix Composite R einforced by C arbon N ano 2tubes YAN G Y i ,YAN G Shengliang (College of Airspace and Material Engineering ,National University of Defiance Technology ,Changsha 410073) Abstract At first ,the character and excellence of carbon nano 2tubes (CN Ts )are introduced ,and the superi 2 ority of CN Ts is discussed when it is used to fabricate mental matrix composite.The current status of CN Ts reinforced mental matrix composite is introduced f rom the aspects of fabrication technologies and material character.Developing trend of CN Ts reinforced mental matrix composite is also described. K ey w ords carbon nano 2tubes ,reinforcement ,composite 金属材料由于来源广泛、加工性好,具有多种性能,因而得到广泛的应用。但是随着科技的进步,人们对材料性能的要求越来越高,越趋于多样化。传统金属材料的性能已经不能满足实际应用需要,对传统金属进行改进,提高材料性能已经成为一种发展趋势。传统的通过添加合金元素来提高材料性能的方法效果有限,难以满足更高的应用需求,因此选择新的材料和工艺来制备材料,满足特殊要求成为很迫切的问题。发挥碳纳米管优异的力学和物理性能,与具有特殊性能的金属基体进行复合,制备出具有特殊性能的金属基复合材料的方法正引起越来越多的关注。 1　碳纳米管及其特性 碳纳米管于1991年由日本N EC 科学家Iijima S 发现[1]。 它是直径在013nm 到几十纳米,长度可到达几十微米的两边封闭的富勒烯管,管壁由六边形结构的碳组成,有单层(单壁碳纳米管)或多层(多壁碳纳米管)之分。碳纳米管按其原子结构的手征对称性分为:armchair 型和zig 2zag 型。碳纳米管具有优异的力学性能和物理性能。理论计算和实验结果均表明碳纳米管具有很高的弹性模量,可超过1TPa (金刚石的弹性模量为1.2TPa ),甚至可以达到1.8TPa [2～4];碳纳米管的强度也很高,是钢强度的10～100倍,具有很好的变形性能,其弹性应变可达5%,最高可达12%,约为钢的60倍[3～5],而其密度只有钢的几分之一,一般为1～2g/cm 3。 除具有优异的力学性能外,碳纳米管还具有优良的热和电性能:在2800℃的高温真空环境下,其性质不发生改变,热导率 比金刚石高出2倍,其电输送能力是铜线的1000倍。由于优异的力学和物理性能,碳纳米管有望成为最具前景的复合材料增强相。 目前,碳纳米管的合成方法主要有:Arc 2discharge 、激光烧蚀法、一氧化碳气相催化法、碳氢化合物化学气相沉积法等[6]。碳纳米管制备过程中的催化物粒子是最终制品杂质的主要来源,同时还会产生无定形碳和非管状富勒烯等杂质,各种制备方法的产率也有很大的差别;考虑到杂质含量以及产率等因素,生产复合材料用碳纳米管最合适的制备方法是化学气相沉积法。 综上所述,将力学和物理性能优异的碳纳米管与具有特殊性能的金属基体进行复合,制备出性能优良的金属基复合材料是提高金属材料性能的可行方法之一。 2　研究现状 2.1　碳纳米管与镁基体的复合 镁密度为1.71g/cm 3,熔点为651℃,镁元素在地壳中含量很高,约占地壳总量的2.35%,来源丰富。用碳纳米管增强轻质的镁或镁合金,制备轻质高强的碳纳米管增强镁基复合材料已经成为一个热门研究领域。目前,国内外已经报道的制备碳纳米管增强镁基复合材料的方法主要有:粉末冶金法和搅拌铸造法。 2.1.1　粉末冶金法 粉末冶金法是制备金属基复合的常用方法之一,其优点是:增强体颗粒在基体中分布均匀、工艺过程对设备要求不高;缺点 ? 281?材料导报 2007年5月第21卷专辑Ⅷ

碳纳米复合材料

碳纳米管及其复合材料 2007-4-3 14:18:08 【文章字体：大中小］打印收藏关闭 纳米技术是21世纪的前沿科学技术，碳纳米管技术则是该领域中一个强有力的生长点。碳纳米管问世十三年来，日益引起了人们极大的兴趣，其独特的性能正在被认识并加以利用，如何降低成本，大量生产有特定结构的碳纳米管依然是人们的努力方向，含碳纳米管的聚合物复合材料蕴含着巨大的发展潜力。 高聚物/碳纳米管复合材料 碳纳米管于1991年由s.iijima 发现，其直径比碳纤维小数千倍，其性能远优于现今普遍使用的玻璃纤维。其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。 碳纳米管基本上可分为单壁型和多壁型两类。虽然他们乍看起来非常相似，但其制作方法和性能不尽相同。纳米管的结构决定它们是具有金属性还是具有半导体性质。大约三分之二的单壁纳米管属于半导体型，三分之一属金属型。至于多壁纳米管，由于各层壳的性能的叠加，难以做出明显区别，但大体上是金属型。单壁型碳纳米管外径一般为1到2nm多壁型纳米管直 径则在8到12nm之间，它的典型长度一般为10微米，最长可达100微米, 长径比至少可达1000: 1。 美国国内纳米管的生产商有Hyperion Catalysis （产品是多壁纤维纳米管）和新登陆的Zyvex Corp （产品有单壁和多壁纳米管）。这两家厂商提供的母料中都含有15%到20%的纳米管。 碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出多壁纳米管的平均弹性模量为 1.8TPa。碳纳米管的拉伸强度实验值约为200GPa是钢的100倍，碳纤维的20倍。碳纳米管弯曲强度为14.2GPa,尽管碳纳米管的拉伸强度如此之高，但它们的脆性不象碳纤维那样高。碳纤维在约1^变形时就会断裂，而碳纳米管要到约18%变形时才会断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa比传 统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。 在电性能方面，碳纳米管用作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加 入的碳黑相比，碳纳米管有高的长径比，因此，其体积含量可比球状碳黑减少很多。多壁碳纳米管的平均长径比约为1000；同时，由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好，它们填入聚合物基体时不会断裂，因而能保持其高长径比。爱尔兰都柏林trinity 学院进行的研究表明，在塑料中含2%-3%勺多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级，从10-12s/m提高到了102s/m。

碳纳米管复合材料的应用

单壁碳纳米管 碳纳米管复合材料的应用 王子川 摘要 本文简述了碳纳米管的特点及在力学、电学以及其他方面作为复合材料的增强材料 的作用。 关键词 碳纳米管 复合材料 增强材料 1. 前言 在1991年日本NEC 公司基础研究实验室的电 子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微 镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意 外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就 是现在被称作的“Carbonnanotube”，即碳纳米管， 又名巴基管。碳纳米管的结构为空心管状，其长度 为微米级，直径为纳米级。按照石墨烯片的层数分 类可分为单壁碳纳米管（Single-wallednanotubes ， SWNTs ）和多壁碳纳米管（Multi-wallednanotubes ， MWNTs ）。[1] 碳纳米管具有很高的化学稳定性，极低的表面 能以及大的长径比和比表面积，所以碳纳米管在复合材料中与基体相容性很差，且易于团聚。为了使碳纳米管和聚合物或有机溶剂形成良好的界面，使其具有良好的加工性能，人们通常要对碳纳米管进行纯化和表面修饰，以提高其在复合材料中的分散性。 2. 碳纳米管的应用 碳纳米管独特的结构，致使其具有非常独特的性能。碳纳米管的电子结构与其构型直接相关，不同的构型，可以表现出金属性或半导体性，使之成为制造电子器材的极佳材料。由碳纳米管电子器材进一步构成碳纳米管集成电路，必然将使电子学从微电子时代带入纳电子时代；碳纳米管依靠超声波传递热能，速度可达每秒1万米，是目前世界上最好的导热材料，有可能成为今后计算机芯片的导热板；碳纳米管细尖极易发射电子，是制造场发射的极好材料；碳纳米管大的比表面积、内部大的管道空腔结构及多壁碳管之间的层隙使其具有惊人的储氢能力，而高储氢量和化学稳定性使其有望成为氢燃料电池和电动汽车中有效的储氢材料。碳纳米管的特殊性能在电子、化工等领域中得到了应用，同时在复合材料领域中的研究应用也得到了发展。[2] 2.1. 力学性能 碳纳米管由C-C 共价键结合而成，同时又具有管径小、长径比大的特点，使碳纳米管具