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基于碳纳米管的复合材料制备及其性能研究
基于碳纳米管的复合材料制备及其性能研究
一、引言
碳纳米管是一种具有优异性能的新型纳米材料，具有轻质、高强度、高导电性、高导热性、化学稳定性和良好的韧性等特点，因此在材料科学、纳米技术、能源、催化、电子学等领域具有广阔的应用前景。近年来，基于碳纳米管的复合材料备受人们的关注，主要是由于碳纳米管的特殊性质可以赋予基质材料以改善性能的特征。本文将介绍碳纳米管与基质材料复合的制备工艺和性能，着重分析了碳纳米管复合材料在材料领域的应用研究进展。
二、制备方法
碳纳米管复合材料的制备主要有两种方法：一种是碳纳米管物理混合，另一种是碳纳米管化学修饰。
碳纳米管物理混合的制备方法是将碳纳米管与基质混合，通过机械制备、高剪切、超声波等方式使其分散均匀，制备成不同形态的复合材料。这种制备方法有一定的局限性：难以实现碳纳米管与基质之间的化学反应，难以控制复合材料的形态，对环境和个体健康存在安全隐患。
碳纳米管化学修饰的制备方法可使碳纳米管更好地与基质表面结合，从而实现更好的增强效果。这种制备方法将二氧化硅、氧化铝等化学添加剂与碳纳米管发生化学反应，增加基质表面与碳纳米管的接触面积，从而提高复合材料的强度和耐磨性。
三、性能研究
1.强度性能
碳纳米管含有多个共轭键和松散的结晶，其特性决定了其可成为复合材料中的优质增强体。碳纳米管增强的复合材料具有高强度、高韧性、高抗裂性等优良性能特征。实验结果表明，碳纳米管的加入可以使纤维基质增加10%-50%的强度和2倍以上的断裂强度。
2.导电性能
由于碳纳米管本身是导电体，在塑料、绵密炭质或其他基质中被加入后大大提高了材料的导电性。当前，研究者使用这种材料已制备出有望应用于电子元件中的导电纤维，并利用其具有的纳米尺度尺寸特性作为微型电子元件。
3.热性能
碳纳米管兼顾着高导热性和高导电性，这两种性质是埋头研究复合材料科学和技术中的最新热点。研究人员预计混杂和计量复合方法可以在单一原子水平控制热导材料的热性能。
四、应用研究进展
在碳纳米管与基质材料复合工作中，我们能够发现，这种新型复合材料在多个领域拥有广阔的应用前景。从材料科学到能源，从电子学到催化，从医学到环境等，碳纳米管复合材料表现出的性能和效应都能为相关领域的发展和应用提供支持。
1.应用于航空航天领域
碳纳米管增强的复合材料具有高强度、低密度的性质，是下一代航空航天结构材料的研究热点之一。目前，在飞机主翼、机身、舵面等部位的材料中广泛应用。
2.应用于医药领域
碳纳米管具有较好的生物相容性和药物载体的特性，可以作为医用材料的载体，用于生物医学领域中的药物输送、肿瘤治疗和组织修复等方面。
3.应用于电子学领域
碳纳米管复合材料的电导性能也非常优良，可以应用于液晶显示器、有机光电器件等微电子元器件中，这些领域的研究对提高现代电子产品性能具有重要意义。
五、结论
由于其优异的性能和广泛的应用前景，基于碳纳米管的复合材料制备及其性能研究受到了广泛的关注。研究不断发展，它在材料领域的应用正越来越广泛，涵盖了纳米材料、能源、催化、电子学、医学和环境等领域。碳纳米管复合材料在未来的研究和应用中将得到更加深入的发展和应用。