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·l44·材料导报A：综述篇2013年1月(上)第27卷第1期

纳米碳纤维增强水泥基复合材料的探讨

王宝民，张源，韩瑜，郭志强

(大连理T大学建设1程学部，大连116024)

摘要纳米碳纤维(Carbonnanofibers，CNFs)是近年来国内外纳米材料界的研究热点。介绍了纳米碳纤维
的结构特点、性能、应用以及水泥基材料的各项性能和特点，并对纳米碳纤维增强水泥基力学性能的可能性进行了系
统的探讨及研究，总结出现阶段需要解决的问题是纳米碳纤维在水泥基材料中的均匀分散友纳米碳纤维与水泥基体
的相容性，并提出一些解决方案，为后期的工程应用及研究奠定了基础。
关键词纳米碳纤维水泥基材料均匀分散增强
中图分类号：TQ127．1文献标识码：A

ProbeofCarbonNanofibersReinforcedCement_basedComposites

WANGBaomin，ZHANGYuan，HANYu，GUOZhiqiang

(FacultyofInfrastructureEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024)

AbstractCarbonnanofibers(CNFs)havebecomehotspotsinrecentyearsinthenanomaterialsfields．The

characteristics，performancesandapplicationsofCNFsandcement—basedmaterialsareintroducedindividually
．Fur
thermore，thepossibilityofcementbasereinforcedbyCNFsisanalyzedsystematically．Itisconcludedthatthekeyof

theproblemarethehomo—dispersionofCNFsinthecement—basedmaterialsandthecompatibilitybetweenCNFsand
thematrix．Theschemeforsolvingtheproblemsisputforward．Itlaysthefoundationforthefollowingengineering

applicationandresearch．

Keyw0rdscarbonnanofibers(CNFs)，cementbasedmaterials。homodispersion。reinforce

维可分为板式纳米碳纤维(p-CNFs)、鱼骨式纳米碳纤维(f—
0引言
CNFs)和管式纳米碳纤维(t-CNFs)]。纳米碳纤维的直径
纳米碳纤维(Carbonnanofibers，CNFs)是化学气相生长为504200nlTl，长度分布在0．54100ml7j。目前不少研究
碳纤维的一种形式，它是通过裂解气相碳氢化合物而制备出学者把直径在100nm以下的中空纤维称为碳纳米管
的非连续石墨纤维_1。纳米碳纤维凭借其优越的物理化学(CNTs)，即纳米碳纤维的直径介于碳纳米管和气相生长碳
性能，引起了研究学者们的广泛关注。作为一种新型纳米纤维之间。纳米碳纤维不但具有一般碳纤维的纤维特性，如
材料，纳米碳纤维在催化剂载体、燃料电池、复合增强材料等高比强度、高比模量、高导电等，还具有纳米材料的独特特
方面的研究越来越广泛，特别是在复合材料和电子元器件方性，如缺陷数量少、结构致密、比表面积大、长径比大等[8]。
面的研究和应用，已经取得了突破性进展州。纳米碳纤维的性能优于当前任何一种纤维，它既具有碳纤维
目前纳米碳纤维复合增强材料是世界复合材料界的研的同有性质，又具有金属材料的导电导热性、陶瓷材料的耐
究热点。研究较多的基体材料有复合物基、金属基等，而有热耐腐蚀性和纺织纤维的柔软可编性，是一种一材多能的功
关水泥基体的研究鲜有报道，在国内几乎没有，国外也为数能材料。纳米碳纤维的性能如表1Eg]所示，其结构形貌如图
不多。本文从纳米碳纤维和水泥基材料的力学性能出发，探l_l。所示。
讨了纳米碳纤维增强水泥基材料的可行性以及存在的问题。表1纳米碳纤维的性能
Table1PropertiesOfCNFs
1纳米碳纤维的结构及性能

从微观结构上来说，纳米碳纤维是一种介于石墨和C
之间的材料。按照不同的尺度标准，纳米碳纤维的结构可分
为两个层次：一是微结构，即石墨层形貌及堆积方式；二是个注：此为美国CNFs系列
体及其聚体结构。根据石墨层排列方式的不同，纳米碳纤现阶段制备纳米碳纤维的方法主要是热化学气相沉积

*国家自然科学基金(51178085)；海岸和近海工程国家重点实验室开放基