碳纳米管_聚合物复合材料研究进展.pdf

化工科技,2009,17(1):71~75
综述专论SCIENCE&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工学院,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:100820511(2009)0120071205

碳纳米管(CNTs)是在一定条件下由大量碳与之复合制成高性能的复合材料。此类复合材料
原子聚集在一起形成的同轴空心管状的纳米级材在电子器件、吸波隐身材料和其它结构材料等领
料,它的径向尺寸为纳米数量级,轴向尺寸为微米域具有广阔的应用前景。作者针对CNTs/聚合
数量级,属于碳同位素异构体家族中的一个新成物复合材料的制备方法、结构表征方法、性能及应
员,是理想的一维量子材料(见图1)[1]。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[9]
CNTs/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
图1碳纳米管的结构一类是以CNTs为主体,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
自从1991年Iijiman发现CNTs以来,它的
其分为4大类:(1)聚合物填充CNTs形成121型
优良性能引起了人们广泛深入的研究[2~4]。然而
复合材料;(2)聚合物包裹CNTs;(3)聚合物接枝
CNTs不溶于一般的有机溶剂,并且其表面特性
CNTs;(4)一维CNTs分散于三维聚合物基体中
接近于石墨,使其表面呈化学惰性,从而限制了其
形成123型复合材料。
应用范围。从目前文献报道的情况看,解决这些
1.2CNTs/聚合物复合材料的制备方法
问题的最有效的方法是对CNTs表面进行改性,
1.2.1CNTs的预处理[10]
以增加其分散性、化学活性等。其表面改性通常
1.2.1.1碱处理
采取的方法是:首先通过不同的氧化处理在
用NaOH预处理CNTs起到了提高分散度
CNTs的端口或缺陷处引入羧基等活性基团,然
和化学反应活性的作用。
后再由酯化或酰胺化反应等对其进行进一步的接
1.2.1.2高温加热处理
枝改性[5~8]。
通过热重分析方法得出经NaOH预处理后
由于CNTs具有与聚合物相似的结构,可以
的CNTs的最佳煅烧温度为530e。
1.2.1.3混合酸氧化处理
收稿日期:2008209228
作者简介:朱雷(1984-),男,陕西西安人,陕西科技大为有效除去多壁CNTs外壁的缺陷,提高
学硕士研究生,主要从事无机非金属材料研究。CNTs的分散性、稳定性,用体积比为3B1的浓
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硫酸和浓硝酸进行处理,研究得出最佳的实验条时拉伸强度可超过30MPa。
件:反应温度60e,反应时间4h。1.2.2.3溶胶2凝胶法
1.2.2复合材料的制备方法溶胶2凝胶法是使用烷氧金属或金属盐等前
1.2.2.1共混法驱物(水溶性盐或油溶性醇盐)溶于水或有机溶剂
共混法是把聚合物的溶液、乳液、熔体等直接中形成均质溶液,溶质发生水解反应形成纳米级
与CNTs共混制备CNTs/聚合物复合材料,这种粒子并形成溶胶,溶胶经蒸发干燥转变为凝胶。
方法工艺操作简单。选择的聚合物与CNTs具如果条件控制得当,在凝胶形成与干燥过程中与
有良好的亲合性,或者CNTs表面经适当的物理聚合物不发生相分离,即可获得高分子基纳米复
机理和化学预处理使之与聚合物具有良好的亲合合材料。Shaffer等[15]人用该方法制备了碳纳米
性。潘玮等[11]人采用机械共混方法制备出多壁管/聚乙烯醇复合材料,并研究了它的热机械性能
CNTs/PAN导电纤维。采用扫描电镜、动态力学和电性能。
分析等手段对纤维的结构进行了分析,对纤维的
2CNTs/聚合物复合材料性能
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PAN纤维的2.1CNTs/聚合物复合材料的导电和导热性能
强度、储存模量及玻璃化转变温度提高,断裂伸长CNTs具有优于铜的导电性,可以取代金属
率下降;添加经过功能化处理的CNTs可以有效填料用来制备有机复合导电材料。因为CNTs
地提高纤维的导电性能,当其质量分数为5%时,与有机物的相容性优于金属,故材料的性能更加
电导率可达10S/cm。陈利等[12]人利用溶液共混稳定,而且质量更轻,同时CNTs高达1000的长
法成功地制备了不同CNTs