碳納米管表面改性及其在聚合物中的應(yīng)用

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1、第卷第期中國塑料年月碳納米管表面改性及其在聚合物中的應(yīng)用’,,‘,宋長文顏紅俠“李朋博雷平森西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系,陜西西安西儀集團(tuán)有限責(zé)任公司,陜西西安,,、、、,摘要碳納米管作為一種納米材料具有獨特的結(jié)構(gòu)和性能使其表現(xiàn)出特殊的力學(xué)物理化學(xué)電學(xué)性能以碳納米管作增強體的聚合物復(fù)合材料具有廣闊的應(yīng)用前景,已成為近幾年聚合物納米復(fù)合材料研究的熱點。但由于碳“”,,需對其表面進(jìn)行改性。本文簡要介紹,納米管表面相對惰性很難在聚合物中分散了碳納米管的結(jié)構(gòu)與性能綜述,、、,了碳納米管的表面改性方法包括表面化學(xué)反應(yīng)改性表面活性劑改性聚合物包覆改性等并介紹了碳納米管在改善聚合物力

2、學(xué)性能、熱性能、電學(xué)性能和摩擦性能等方面的應(yīng)用進(jìn)展,最后指出了其今后的研究方向。關(guān)鍵詞碳納米管表面改性聚合物應(yīng)用中一一一圖分類號文獻(xiàn)標(biāo)識碼文章編號一,場一關(guān),一,一」關(guān),,,,’,為腸,‘,,,館,卯,犯卯,,,,,印偽,卯尹碳納米管自年日本科學(xué)家’〕。,前景近年來的研究主要集中在表面改性以及發(fā)現(xiàn),。以來其獨特的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)受到人們的復(fù)合材料方面本文在介紹了的結(jié)構(gòu)與,,廣泛關(guān)注成為近十幾年納米材料科學(xué)中研究的熱點性能的基礎(chǔ)上綜述了的表面改性方法及其在。,。之一不僅具有一般納米粒子的量子效應(yīng)而且聚合物中的應(yīng)用還具有比表面積大、機械強度高、電導(dǎo)率高、耐熱性好等特點,使

3、其表現(xiàn)出特殊的力學(xué)、物理、化學(xué)性能,在電的結(jié)構(gòu)與性能子、通信、化工、航空、航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用的結(jié)構(gòu)卜、是一種主要由碳六邊形組成的單層或多層一一收稿日期石墨片卷曲而成的無縫納米管殼層結(jié)構(gòu),其相鄰間距陜西省自然科學(xué)基金項目資助與,石墨的間距相當(dāng)且一原子之間通過雜化構(gòu)‘聯(lián)系人。、,成共價鍵的結(jié)構(gòu)常用手性矢量表示是年月中國塑料石墨層上連接兩個結(jié)晶學(xué)等同點的周矢量,可表示、的彈性模量平均為,彎曲強度為為〕。,能通過體積變化來呈現(xiàn)其彈性故能承受大,、二,,二于的張力應(yīng)變而不會呈現(xiàn)脆性行為塑性變形或鍵斷裂,因此在復(fù)合材料中應(yīng)用時,能利用來式中周矢量,“。,—極大地吸收能量增加韌

4、性〔〕的結(jié)構(gòu)對其力學(xué)石墨層晶胞矢量,、、,,,,—性能有很大的影響結(jié)構(gòu)規(guī)則的具有更好的力整數(shù)—,。的直徑可用式表示學(xué)性能而結(jié)構(gòu)的無序?qū)ζ淞W(xué)性能有較大的影響·,,,,。,‘龍摩擦性能眾具有很好的耐磨性,特別是其表面經(jīng)過氟化卜卜?！笔街小闹睆?改性后具有極低的摩擦因數(shù)一〕當(dāng)用,—的直徑為零點幾個納米,于聚合物復(fù)合材料時不僅可以提高熱塑性樹脂超高至幾十個納米不等‘“」,,相對分子質(zhì)量聚乙烯〔〕和聚四氟乙烯的摩長度為幾十納米至微米級也有超長長度可達(dá),‘。,擦磨損性能而且可以提高熱固性環(huán)氧樹脂〔〕的摩擦根據(jù)構(gòu)成管壁碳原子層數(shù)的不同可分為單。。壁碳納米管蔥和多壁碳納米管一磨損

5、性能般丙的直徑在一之間,是理想的分子纖,,的表面改性維休的直徑也不超過長度可達(dá)微米甚至,是毫米級,有很大的長徑比,因此是準(zhǔn)一維的納米線。除了具有一般納米粒子的尺寸效應(yīng)外還具、、,,特別是,構(gòu)成它的碳原子基本上都有力學(xué)強度大柔韌性好電導(dǎo)率高等獨特的性質(zhì)成,、、、,。,為聚合物復(fù)合材料理想的增強體在化工機械電子處在表面位置具有很大的比表面積理論計算表明、。,的比表面積在一巧奄的較大范圍內(nèi)變航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用然而由于,,。,化由,測定的比表面積為一時館易聚集成束或纏繞且與其他納米粒子相比其表面是“”,,此值比石墨大但比多孔活性碳小的比表面積相對惰性的在常見的有機溶劑

6、中的分散度低極大。。地制約了其應(yīng)用性能的研究對的表面進(jìn)行改值要比大一個數(shù)量級由于是一維。,中,,,性已成為聚合物淺二復(fù)合材料的研究熱點目前空的納米管故其密度相當(dāng)?shù)蛢H為但其六角形管束的理論密度可達(dá)一耐國內(nèi)外對的表面改性研究趨勢是在其表面引人。,的密度隨其結(jié)構(gòu)在一之間變化一共價鍵和非共價鍵基團(tuán)或者采用聚合物分子鏈對’。的性進(jìn)行包覆〔〕本文主要介紹了表面化學(xué)反應(yīng)改能、、。,性表面活性劑改性聚合物包覆改性等方法可看成是片狀石墨卷成的圓筒因此必然具有石墨優(yōu)良的本征特性,如耐熱、耐腐蝕、耐熱沖擊、傳表面化學(xué)反應(yīng)改性熱和導(dǎo)電性好、有自潤滑性和生物體相容性等一系列表面化學(xué)反應(yīng)改性是指在

7、表面引人一些適,,綜合性能。但的尺度、結(jié)構(gòu)、拓?fù)鋵W(xué)因素和碳原宜的基團(tuán)使其在表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)通過這種、,、子相結(jié)合又賦予了極為獨特而有廣闊應(yīng)用前景方法可以改善的溶解度提高分散度在表面和。。聚合物之間產(chǎn)生化學(xué)鍵等〔‘〕采用水熱處理的性能方法來酸化,透射電鏡和掃描力顯微鏡電性能,,的碳原子之間是雜化每個碳原子有一測試表明成束被拆開使處于低,,二,、聚集狀態(tài)并在、的表面引入了官能化基團(tuán)如個未成對電子位于垂直于層片的軌道上因此、,。。,’具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能根據(jù)卷曲情況的不同的等為后續(xù)修飾提供了條件等對,,,電學(xué)特性可表現(xiàn)為金屬型或半導(dǎo)體型導(dǎo)電性能優(yōu)