碳纳米管在聚合物复合材料中的应用.ppt

1、碳纳米管（CNT）在聚合物复合材料中的应用,复合材料课程报告 报告人：吕平,一、主要内容,碳纳米管的性质 碳纳米管在聚合物复合材料中的应用 目前研究集中在改进材料的力学性能，导电性，电磁屏蔽性，光 电子发射性。 存在问题及解决方案探索 碳纳米管的分散和界面结合力 碳纳米管的取向问题 碳纳米管的成本问题,碳纳米管简介,层内SP2杂化，层间距约为0.34nm，与石墨相当。,碳纳米管是继 C60之后发现的碳的又一同素异形体，其径向尺寸较小，管的 外径一般在几纳米到几十纳米，管的内径更小，有的只有 1nm 左右；而其 长度一般在微米级，长度和直径比非常大，可达 103106。,CNT的性质,优良的导体

2、和半导体特性。 优良的光电特性 发光强度随发射电流的增大而增强 耐强酸强碱 热稳定性，在空气中700以下不氧化。 高的比表面积。强的吸附性能。 ,比强度为钢的600-700倍。实测杨氏模量平均 1.8TPa，弯曲强度为14.2GPa。,碳纳米管改进聚合物的力学性能加入碳纳米管以改善强度，弹性等力学性能。,Tibbetts ，McHugh发现，要是材料的弹性模量有相同的增长， 碳纤维的加入量约为碳纳米管的10倍。 Bower C发现对相同的热塑性复合物，CNTs改性比碳纤维改性 断裂强度高10-100倍。,形成交叉网络,碳纳米管改进聚合物的电学性能,增强塑料代替金属的场合越来越多，但塑料制品易产

3、生静电，碳纳米管可以提高其导电性，从而起到静电屏蔽的作用。,碳纳米管改进聚合物的光学性能聚合物发光器件将碳纳米管作为空穴注入，改善光电性能，也有报道将碳纳米管复合材料用作光伏器件。,Curran等将PmPv包裹在单壁碳纳米管周围，光致发光效应提高了35%。 Shaffer等发现MWNTs的加入能够大幅降低PPV的光致发光效应，并指出原因可能是从PPV分子链到MWNTs的能量传递和局部空穴传递及MWNTs的散射和吸收引起的。 唐本忠等发现PPA/CNTs复合材料的荧光光谱与PPA相似，但量子效率降低。,现存问题及解决方案碳纳米管的分散和界面结合力,物理方法：超声分散 粉碎 摩擦 化学方法：利用化

4、学试剂处理碳纳米管引入某些特定的官能团或通过高能量放电、紫外线等方法在碳纳米管表面引入某种官能团。,现存问题及解决方案取向及成本问题,碳纳米管的取向问题 外加力场：碳纳米管在粘性流体中会沿着流体流动方向产生部分取向，再通过降温等方法使聚合物体系固化，从而使其内部的碳纳米管保持其先前的取向状态，这是制备碳纳米管取向复合材料的最常见方法之一。 外加电场或者磁场：碳纳米管是电的良导体，其在电场力或磁场力作用下可以沿着电场方向或磁场方向取向，因此可以在复合材料制备过程中通过外电场或磁场对碳纳米管施加一定的作用力，促使其沿电场或磁场方向产生取向效果。 碳纳米管成本问题 截止2006年，国际上目前单壁碳纳米管价格为每千克15万元以上，多壁碳纳米管价格在每千克5000元以上。目前，国内工业级多壁碳纳米管（99%）已降至2000元每千克（苏州捷迪纳米科技有限公司）。,参考文献,陈利， 瞿美臻等，含碳纳米管的聚合物复合材料研究进展，高分子材料科学与工程，2004,20(5) 邱桂花， 夏和生等，聚合物/碳纳米管复合材料研究进展， 高分子材料科学与工程，2002,18(6) 陈卫祥， 陈文录等，碳纳米管的特性及其高性能的复合材料，复合材料学报，2001,18(4) 沈广霞， 庄燕燕等，碳纳米管-聚合物复合材料的研究进展，2004,16(1) 张娟玲， 崔屾等，碳纳米管/聚合物复