碳纳米管聚合物复合材料研究进展.pdf

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1、万方数据综述专论化工科技．2009．17(1)：71～75SCIENCE＆TECHNOLOGYINCHEMICALINDUSTRY碳纳米管／聚合物复合材料研究进展朱雷，李仲谨，余丽丽，邱辉，张莎(陕西科技大学化学与化丁学院，陕西西安710021)摘要：综述了碳纳米管的预处理方法。重点介绍了有关碳纳米管复合材料的制备方法，结构表征，特殊性能及应用等。关键词：碳纳米管；复合材料；研究进展’中图分类号：TB383．1文献标识码：A文章编号：1008—0511(2009)01—0071．05碳纳米管(CNTs)是在一定条件下由大量碳原子聚集在一起形成的同轴空心管状的纳米级材料，它的径向尺寸为纳米

2、数量级，轴向尺寸为微米数量级，属于碳同位素异构体家族中的一个新成员，是理想的一维量子材料(见图i)c川。图I碳纳米管的结构自从1991年Iijiman发现CNTs以来，它的优良性能引起了人们广泛深入的研究[2叫]。然而CNTs不溶于一般的有机溶剂，并且其表面特性接近于石墨，使其表面呈化学惰性，从而限制了其应用范围。从目前文献报道的情况看，解决这些问题的最有效的方法是对CNTs表面进行改性，以增加其分散性、化学活性等。其表面改性通常采取的方法是：首先通过不同的氧化处理在CNTs的端口或缺陷处引人羧基等活性基团，然后再由酯化或酰胺化反应等对其进行进一步的接枝改性¨~8j。由于CNTs具有与聚

3、合物相似的结构，可以收稿日期：2008—09—28作者简介：朱雷(1984一)．男．陕}f可两安人．陕西科技大学硕士研究生．主要从事无机非金心材料研究。与之复合制成高性能的复合材料。此类复合材料在电子器件、吸波隐身材料和其它结构材料等领域具有广阔的应用前景。作者针对CNTs／聚合物复合材料的制备方法、结构表征方法、性能及应用等方面的研究进展情况进行了综述。1CNTs／聚合物复合材料的类型及其制备方法1．1CNTs／聚合物复合材料的类型[93CNTs／聚合物复合材料有几种不同的分类方法。一种是根据主、客体的不同将其分为两类：一类是以聚合物为主体，CNTs作为填充材料；另一类是以CNTs为主

4、体，聚合物作为修饰材料。另一种是按CNTs与聚合物复合方式的不同将其分为4大类：(1)聚合物填充CNTs形成1-1型复合材料；(2)聚合物包裹CNTs；(3)聚合物接枝CNTs；(4)一维CNTs分散于三维聚合物基体中形成1-3型复合材料。1．2CNTs／聚合物复合材料的制备方法1．2．1CNTs的预处理DO]1．2．1．1碱处理用NaOH预处理CNTs起到了提高分散度和化学反应活性的作用。1．2．1．2高温加热处理通过热重分析方法得出经NaOH预处理后的CNTs的最佳煅烧温度为530℃。1．2．1．3混合酸氧化处理为有效除去多壁CNTs外壁的缺陷，提高CNTs的分散性、稳定性，用体积比

5、为3：l的浓万方数据·72化工科技第17卷硫酸和浓硝酸进行处理，研究得出最佳的实验条件：反应温度60℃，反应时间4h。1．2．2复合材料的制备方法1．2．2．1共混法共混法是把聚合物的溶液、乳液、熔体等直接与CNTs共混制备CNTs／聚合物复合材料，这种方法工艺操作简单。选择的聚合物与CNTs具有良好的亲合性，或者CNTs表面经适当的物理机理和化学预处理使之与聚合物具有良好的亲合性。潘玮等[11]人采用机械共混方法制备出多壁CNTs／PAN导电纤维。采用扫描电镜、动态力学分析等手段对纤维的结构进行了分析，对纤维的物理机械性能及导电性能进行了测试。实验结果表明：添加CNTs质量分数为5％时

6、PAN纤维的强度、储存模量及玻璃化转变温度提高，断裂伸长率下降；添加经过功能化处理的CNTs可以有效地提高纤维的导电性能，当其质量分数为5％时，电导率可达10S／cm。陈利等[12]人利用溶液共混法成功地制备了不同CNTs含量的双酚A型聚碳酸酯复合材料，用透射电镜(TEM)，扫描电镜(SEM)和光电子能谱(XPS)对CNTs和所制备的复合材料进行了多种表征，结果表明CNTs的纯化效果较好，表面含有C—O、C一0和。一G一0等极性官能团，复合材料中聚碳酸酯对CNTs的包覆较好，聚碳酸酯的包覆量随CNTs含量的增加而降低，CNTs在聚合物基体中分散均匀，两相界面间存在较强的作用力。1．2．2

7、．2原位聚合法此方法是指CNTs在聚合物的单体中均匀分散，再引发单体原位聚合生成高分子，形成CNTs／聚合物复合材料。其技术关键是保持CNTs在单体中分散的稳定性，使之不易发生团聚。为此，要对CNTs表面进行改性。李霞等[131人利用原位聚合法成功制备了FMWNTs—PBO纳米复合材料。结果表明，CNTs经过酸处理后，表面含有较多羰基和羟基的极性官能团，FM—WNTs—PBO纤雏的钩接强度比同条件下PBO纤维的钩接强度高出30％。李