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1、2005年第3期玻璃钢/复合材料41纳米碳纤维及其在聚合物中的应用陈红燕,王继辉(武汉理工大学,湖北武汉430070)摘要:纳米碳纤维/聚合物复合材料是近年来的热点研究领域。本文简要介绍了纳米碳纤维的几种制备方法及纳米碳纤维/聚合物复合材料的应用前景,讨论了纳米碳纤维在聚合物中的分散、取向和界面相互作用对复合材料性能的影响,介绍了加入纳米碳纤维赋予聚合物光电性能和目前尚待研究的一些问题。关键词:纳米碳纤维;制备方法;复合材料+中图分类号:TQ342.742文献标识码:A文章编号:1003-0999(2005)03-0041-031前言气体化合物,热解后在催
2、化剂颗粒上析出纳米碳纤1985年发现的碳家族中的C60等富勒烯以及维。利用基体法可制备出纯度较高的纳米碳纤维,但由于超细催化剂颗粒的制备较为困难,且受基板1991年发现的纳米碳管所表现出的优异性能引起了温度和热解气体浓度不均及催化剂粒子在基板上分科学家们的广泛兴趣。尤其是纳米碳管,其独特的结布不均等因素的影响,纤维生长疏密不匀,也很难得构特征使之表现出奇异的力学、电学和磁学等性质,可望在纳米电子器件、储能、场发射与平板显示、导电到直径较细的制品。此外,纳米碳纤维仅在有催化和电磁屏蔽、结构增强等众多领域获得广泛应用。纳剂的基体上生长,产量不高,难以连续生长,
3、不易实米碳纤维(CNF)是直径介于纳米碳管及普通碳纤维现工业生产。喷淋法是在苯等液体有机化合物中掺之间的准一维碳材料。一般而言,纳米碳纤维的直径入催化剂,并将含催化剂的混合溶液在外力作用下约为50～200nm,但目前小于100nm的中空状纤维也喷淋到高温反应室中,实现催化剂的连续喷入,为大称为纳米碳管。纳米碳纤维具有较高的强度和杨氏量制备纳米碳纤维提供了可能。但催化剂与烃类气模量,较好的导电、导热及热稳定性以及极好的表面体的比例难以优化,喷洒过程中催化剂颗粒分布不尺寸效应等,因而受到了人们极大的关注。现在市面均匀,且难以纳米级形式存在,因此所得产物中纳米上
4、常见的纳米碳纤维是通过气相生长法制备的,从有级纤维所占比例较少,且有一定量的碳黑生成。流机化合物分解出的催化剂颗粒分布在三维空间内,催动催化法可大量制备出直径为50～200nm的纳米化剂挥发量可直接控制,因此其单位时间内产量较碳纤维。其主要的特征是:催化剂并不附着在基体大,可连续生产,较纳米碳管更易实现工业化生产。上,也不像喷淋法那样将催化剂前驱体分散在碳源气相生长纳米碳纤维是在过渡金属(如Fe、Co、溶液中,而是直接加热催化剂前驱体,使其以气体形Ni或其合金)的催化作用下,由低碳氢化合物在氢式同烃类气体一起引入反应室,经过不同温度区完气做载气的情况下高温
5、裂解生成的具有高比强度、成催化剂和烃类气体的分解,分解的催化剂原子逐高比模量、高结晶取向度、高导电、导热等性能的新渐聚集成纳米级颗粒。由于有机化合物分解出的催型碳材料。除此之外,它还具有缺陷数量少、比表面化剂颗粒可分布在三维空间内,同时催化剂的挥发积大、导电性能好、结构致密等优点,可望用作催化量可直接控制,因此单位时间内产量大,并可连续生剂和催化剂载体、锂离子二次电池阳极材料、双层电产。目前这种方法已能较大量制备纳米碳纤维。容器电极、高效吸附剂、分离剂及结构增强材料等。沈阳金属所成会明研究组充分利用基板法和喷2纳米碳纤维及其复合材料的制备淋法等优点,采用改
6、进的气相流动催化剂法,在水平[3]纳米碳纤维的制备方法主要有基体法、喷淋法反应炉里生长出10～100nm的CNF。此法以苯和流动催化法。基体法是在石墨或陶瓷基体上分散为碳源,二茂铁为催化剂前驱体,氢气作载气,含硫纳米级催化剂颗粒的“种粒”,并在高温下通入碳氢有机化合物噻吩为生长促进剂,在1100～1200℃下收稿日期:2004209225基金项目:国家863项目资助(2003AA305920)作者简介:陈红燕,(19792),女,硕士。FRP/CM2005.No.342纳米碳纤维及其在聚合物中的应用2005年5月催化生长纳米碳纤维。二茂铁在200℃的温度下
7、开于气相生长碳纤维与纳米碳管之间,因此它既具有气始挥发,随氢气和烃类化合物气体进入高温反应区相生长碳纤维的优异性能,又有许多与纳米碳管相似后在大于400℃开始分解成单质铁,单质铁相互碰的性质。它可应用于电子器件、聚合物添加剂、储能撞,并聚集成纳米级铁颗粒,条件适宜时开始生长纳材料、催化剂载体、电磁屏蔽材料、防静电材料、电磁米碳纤维。影响纳米碳纤维生长的因素很多,如载波吸收材料等诸多领域,潜在应用领域也十分广阔。气的种类和纯度、烃类气体的种类和分压、反应温聚合物基复合材料是复合材料中最重要的分支,度、催化剂(颗粒大小、形状、结晶构造)的选取、气与其他基体复合
8、材料相比具有比强度高、可设计性体流量、其他元素的添加(如硫、磷)等
