碳納米管納米復(fù)合材料現(xiàn)狀與發(fā)展
碳納米管如果想完場大批量的工業(yè)等方面的應(yīng)用，一定要先實(shí)現(xiàn)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(fù)合材料現(xiàn)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(dú)特性，它的應(yīng)用范圍廣泛，從汽車防護(hù)零件到修飾電機(jī)，從氫氣的儲存到微波吸收等等，都得到了廣泛的應(yīng)用。所以碳納米管的發(fā)現(xiàn)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(xiàn)，到對它的簡介，特性的應(yīng)用以及目前存在的一些亟需解決的問題進(jìn)行了闡述。并提出了對它未來發(fā)展的建議和展望。
關(guān)鍵詞：碳納米管;制備應(yīng)用;特性;微波吸收
一、發(fā)現(xiàn)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(xiàn)并做出了報(bào)道。是在實(shí)驗(yàn)中用高倍的隧道顯微鏡意外觀察到的，由于全部由碳原子形成，而且是石墨按一定形式疊合組成，所以稱它為碳納米管。經(jīng)過進(jìn)一步的細(xì)致研究，發(fā)現(xiàn)碳納米管表面擴(kuò)張的強(qiáng)度好，可耐2000多度以上的高溫，并且導(dǎo)熱性能快，導(dǎo)熱率高，電負(fù)載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵銅等普通金屬。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(yīng)用的復(fù)合材料的條件。按目前的劃分，主要把碳納米管制備成結(jié)構(gòu)和功能量大復(fù)合材料類型。碳納米管的初步特性：它具備了優(yōu)越的導(dǎo)電性能，這些性能與碳納米管自身的特殊形成結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。從碳納米管的自身形成結(jié)構(gòu)來講，碳納米管和石墨的片層結(jié)構(gòu)可以說是基本相同的，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)過研究初步認(rèn)為它的導(dǎo)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(dǎo)電性能會大幅度的下降;相反的，如果小于這一臨界數(shù)值，就可以具備一維量子導(dǎo)線的優(yōu)越導(dǎo)電性。碳納米管在力學(xué)方面也有自身的特點(diǎn)，尤其表現(xiàn)在抗擴(kuò)展性方面，在強(qiáng)度和韌性方面性能突出。從機(jī)構(gòu)來分析碳納米管碳原子之間的距離很短、自身管徑較小，結(jié)構(gòu)自身就具有優(yōu)越性，銅金屬要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xiàn)應(yīng)用的制備過程
碳納米管如果想完場大批量的工業(yè)等方面的應(yīng)用，一定要先實(shí)現(xiàn)低成本情況下大量的制備。碳納米發(fā)現(xiàn)以后，如何制備它并且采取何種工藝是人們研究的熱點(diǎn)。可以說在制備方法上，有許多成功的案例。它們互有優(yōu)劣。下面列舉幾個(gè)常見方法，加以說明。早期的床催化裂解法工藝相對簡單，經(jīng)濟(jì)成本較低，可以體現(xiàn)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(shè)備進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)，采用沸騰床，加大接觸面積，讓催化劑不斷實(shí)現(xiàn)顆粒的運(yùn)動狀態(tài)，提高了催化劑的效率，增加了碳納米管的產(chǎn)量。直到現(xiàn)今設(shè)備的優(yōu)化仍在不斷進(jìn)行。常用的還有利用機(jī)械力和磁力攪拌實(shí)現(xiàn)分離出碳納米管的溶液共混復(fù)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(fù)合材料。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單、方便快捷，常常用于制備膜類材料，比如，樹脂類符合材料，烯類等符合材料。利用轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)剪切力量從而制備碳納米管的方法熔融共混復(fù)合法：是可以避免溶劑或表面活性劑對復(fù)合材料的污染，復(fù)合物沒有發(fā)現(xiàn)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(fù)合材料。這種方法被認(rèn)為是提高碳納米管分散及加強(qiáng)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(jù)生產(chǎn)制備材料的分類進(jìn)行選取，也適合對制備的設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，來進(jìn)一步提升碳納米管的制備效率。
三、目前碳納米管的應(yīng)用范圍
首先碳納米管可以作為催化劑來應(yīng)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，相對來說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(dāng)今社會，能源問題亟待解決，能源的不斷開發(fā)和浪費(fèi)，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，適合汽車使用，所以實(shí)現(xiàn)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)化的過程，首要解決的就是氫氣的大量儲存問題。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(biāo)明，碳納米管可以負(fù)載5WT%以上的氫儲存量。美國的再生能源實(shí)驗(yàn)室通過實(shí)驗(yàn)，得出了這個(gè)結(jié)論，并進(jìn)行了說明。再后期的超聲實(shí)驗(yàn)中再次證明了這一點(diǎn)。另一方面在電級的'應(yīng)用方面碳，納米管比表面積大，結(jié)晶度高，導(dǎo)電性好，微孔大小可通過合成工藝加以控制，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(xiàn)制備上仍然存在不足，以催化機(jī)床實(shí)現(xiàn)制備碳納米管來說，雖然沸騰的方法，解決了大規(guī)模的生產(chǎn)制備碳納米管的問題，但是，對于所制備出的碳納米管的各項(xiàng)指標(biāo)還無法精確由機(jī)床來完成，比如事先設(shè)置的合理的管徑是多少，具有多高的螺旋性等等，今后應(yīng)該加大制備設(shè)備的工藝研究力度，提高工藝生產(chǎn)設(shè)施條件。另外在制備中還存在取向、成型等細(xì)節(jié)的問題。以成型問題來說，當(dāng)前成型技術(shù)常用手段為模壓、溶液澆鑄，前者具備操作起來快捷簡單、利于大規(guī)模生產(chǎn)的工業(yè)化，也存在不足，當(dāng)它在降溫的過程時(shí)，會出現(xiàn)內(nèi)外溫差大的問題，此時(shí)碳納米管容易出現(xiàn)表面開裂;后者雖然形在制備中不存在應(yīng)力因素的負(fù)面影響，但卻會出現(xiàn)溶劑的出去過程時(shí)間長，樣品重新出現(xiàn)團(tuán)聚反應(yīng)。當(dāng)然在應(yīng)用的方面也有發(fā)展的空間，例如在微波吸收的應(yīng)用中可以對微觀的尺寸進(jìn)行更細(xì)致更深入的研究，在電極應(yīng)用方面可以對電磁特性在碳納米管上的反應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究，從而擴(kuò)展碳納米管的應(yīng)用范圍，對于已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用的可以提升應(yīng)用效率和解決臨界的細(xì)節(jié)問題。
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