碳納米管納米復合材料現狀與發(fā)展

　　碳納米管如果想完場(chǎng)大批量的工業(yè)等方面的應用，一定要先實(shí)現低成本情況下大量的制備，以下是小編搜集整理的一篇探究碳納米管納米復合材料現狀的論文范文，供大家閱讀參考。

　　摘 要：碳納米管從物理和化學(xué)方面都具有獨特性，它的應用范圍廣泛，從汽車(chē)防護零件到修飾電機，從氫氣的儲存到微波吸收等等，都得到了廣泛的應用。所以碳納米管的發(fā)現是材料學(xué)，工程制備的一個(gè)優(yōu)秀成果。本文從碳納米管的發(fā)現，到對它的簡(jiǎn)介，特性的應用以及目前存在的一些亟需解決的問(wèn)題進(jìn)行了闡述。并提出了對它未來(lái)發(fā)展的建議和展望。

　　關(guān)鍵詞：碳納米管;制備應用;特性;微波吸收

　　一、發(fā)現與初步特性研究

　　碳納米管是在1991年由日本科學(xué)家發(fā)現并做出了報道。是在實(shí)驗中用高倍的隧道顯微鏡意外觀(guān)察到的，由于全部由碳原子形成，而且是石墨按一定形式疊合組成，所以稱(chēng)它為碳納米管。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的細致研究，發(fā)現碳納米管表面擴張的強度好，可耐2000多度以上的高溫，并且導熱性能快，導熱率高，電負載能力遠遠超過(guò)鐵銅等普通金屬。所有這些特性，讓碳納米管具備了進(jìn)行加工，變成適合實(shí)際應用的復合材料的條件。按目前的劃分，主要把碳納米管制備成結構和功能量大復合材料類(lèi)型。碳納米管的初步特性：它具備了優(yōu)越的導電性能，這些性能與碳納米管自身的特殊形成結構有著(zhù)密切的關(guān)系。從碳納米管的自身形成結構來(lái)講，碳納米管和石墨的片層結構可以說(shuō)是基本相同的，眾所周之，石墨具備優(yōu)越的電學(xué)性能，因此它也具備了優(yōu)越的電學(xué)性能。經(jīng)過(guò)研究初步認為它的導電性能與自身的管徑和他的管壁形成螺旋角度有關(guān)。如果管徑大于6毫米的情況下，導電性能會(huì )大幅度的下降;相反的，如果小于這一臨界數值，就可以具備一維量子導線(xiàn)的優(yōu)越導電性。碳納米管在力學(xué)方面也有自身的特點(diǎn)，尤其表現在抗擴展性方面，在強度和韌性方面性能突出。從機構來(lái)分析碳納米管碳原子之間的距離很短、自身管徑較小，結構自身就具有優(yōu)越性，銅金屬要遠遠遜色于碳納米管。所以它在符合材料方面的發(fā)展不可限量。

　　二、碳納米管實(shí)現應用的制備過(guò)程

　　碳納米管如果想完場(chǎng)大批量的工業(yè)等方面的應用，一定要先實(shí)現低成本情況下大量的制備。碳納米發(fā)現以后，如何制備它并且采取何種工藝是人們研究的熱點(diǎn)�？梢哉f(shuō)在制備方法上，有許多成功的案例。它們互有優(yōu)劣。下面列舉幾個(gè)常見(jiàn)方法，加以說(shuō)明。早期的床催化裂解法工藝相對簡(jiǎn)單，經(jīng)濟成本較低，可以體現碳納米管的物理特點(diǎn)。但它也有不足，催化劑與碳納米管的接觸不足，催化劑不能高效工作，產(chǎn)量低，不適合大批量生產(chǎn)。因此對設備進(jìn)行了相應改進(jìn)，采用沸騰床，加大接觸面積，讓催化劑不斷實(shí)現顆粒的運動(dòng)狀態(tài)，提高了催化劑的效率，增加了碳納米管的產(chǎn)量。直到現今設備的優(yōu)化仍在不斷進(jìn)行。常用的還有利用機械力和磁力攪拌實(shí)現分離出碳納米管的溶液共混復合法。目的是讓碳納米管均勻分散在聚合物溶液中，再將多余的溶劑除去后即可獲得聚合物/碳納米管復合材料。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、方便快捷，常常用于制備膜類(lèi)材料，比如，樹(shù)脂類(lèi)符合材料，烯類(lèi)等符合材料。利用轉子實(shí)現剪切力量從而制備碳納米管的方法熔融共混復合法：是可以避免溶劑或表面活性劑對復合材料的污染，復合物沒(méi)有發(fā)現斷裂和破損，但僅適用于耐高溫、不易分解的聚合物中同時(shí)還有將碳納米管分散在聚合物單體，加入引發(fā)劑，引發(fā)單體原位聚合生成高分子，得到聚合物/碳納米管復合材料。這種方法被認為是提高碳納米管分散及加強其與聚合物基體相互作用的最行之有效的方法。以上各種方法，優(yōu)勢明顯但也存在這不足。適合根據生產(chǎn)制備材料的分類(lèi)進(jìn)行選取，也適合對制備的設備進(jìn)行優(yōu)化，來(lái)進(jìn)一步提升碳納米管的制備效率。

　　三、目前碳納米管的應用范圍

　　首先碳納米管可以作為催化劑來(lái)應用，可以提高催化劑的活性，這跟碳納米管自身特點(diǎn)有關(guān)，它的表面原子比率較大，相對來(lái)說(shuō)它的表面積比也較大。尤其對加氫的催化劑作用更加明顯。其次可以用于氫氣的儲存技術(shù)方面。當今社會(huì )，能源問(wèn)題亟待解決，能源的不斷開(kāi)發(fā)和浪費，造成了能源的不足，一些能源的低效高耗使用，又造成了環(huán)境的污染，氫氣高效環(huán)保，適合汽車(chē)使用，所以實(shí)現氫氣能源工業(yè)化，商業(yè)化走入了人們的視野。但完成這個(gè)工業(yè)化的過(guò)程，首要解決的就是氫氣的大量?jì)Υ鎲?wèn)題。碳納米管恰恰具備優(yōu)越的儲氫的性能。目前的研究成果標明，碳納米管可以負載5WT%以上的氫儲存量。美國的再生能源實(shí)驗室通過(guò)實(shí)驗，得出了這個(gè)結論，并進(jìn)行了說(shuō)明。再后期的超聲實(shí)驗中再次證明了這一點(diǎn)。另一方面在電級的應用方面碳，納米管比表面積大，結晶度高，導電性好，微孔大小可通過(guò)合成工藝加以控制，因而有可能成為一種理想的電極材料。

　　四、不足與展望

　　在大量的實(shí)現制備上仍然存在不足，以催化機床實(shí)現制備碳納米管來(lái)說(shuō)，雖然沸騰的方法，解決了大規模的生產(chǎn)制備碳納米管的問(wèn)題，但是，對于所制備出的碳納米管的各項指標還無(wú)法精確由機床來(lái)完成，比如事先設置的合理的管徑是多少，具有多高的螺旋性等等，今后應該加大制備設備的工藝研究力度，提高工藝生產(chǎn)設施條件。另外在制備中還存在取向、成型等細節的問(wèn)題。以成型問(wèn)題來(lái)說(shuō)，當前成型技術(shù)常用手段為模壓、溶液澆鑄，前者具備操作起來(lái)快捷簡(jiǎn)單、利于大規模生產(chǎn)的工業(yè)化，也存在不足，當它在降溫的過(guò)程時(shí)，會(huì )出現內外溫差大的問(wèn)題，此時(shí)碳納米管容易出現表面開(kāi)裂;后者雖然形在制備中不存在應力因素的負面影響，但卻會(huì )出現溶劑的出去過(guò)程時(shí)間長(cháng)，樣品重新出現團聚反應。當然在應用的方面也有發(fā)展的空間，例如在微波吸收的應用中可以對微觀(guān)的尺寸進(jìn)行更細致更深入的研究，在電極應用方面可以對電磁特性在碳納米管上的反應進(jìn)行進(jìn)一步研究，從而擴展碳納米管的應用范圍，對于已經(jīng)大規模應用的可以提升應用效率和解決臨界的細節問(wèn)題。

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