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碳纳米管在铝基体上原位合成及其复合材料的组织与性能
摘要
碳纳米管（CNTs）具有高强度、高刚度、高导热性和高导电性等优异物理化学性质，具有广泛的应用前景。本文主要介绍了在铝基体上原位合成碳纳米管及其复合材料的组织与性能研究进展，包括碳纳米管的制备方法、铝基体上碳纳米管的原位合成方法、碳纳米管与铝基体的复合材料的组织及性能表现等方面的内容。研究表明，采用原位合成法在铝基体上制备碳纳米管可以显著改善复合材料的性能，提高其强度、硬度和导电性等物理化学性能，同时具有较好的应用前景。
关键词：碳纳米管；铝基体；原位合成；复合材料；性能
Abstract
Carbonnanotubes(CNTs)haveoutstandingphysicalandchemicalpropertiessuchashighstrength,highrigidity,highthermalconductivityandhighelectricalconductivity,whichhavebroadapplicationprospects.Inthispaper,theresearchprogressoftheorganizationandperformanceofcarbonnanotubessynthesizedinsituonaluminumsubstratesandtheircompositematerialsaremainlyintroduced,includingthepreparationmethodsofcarbonnanotubes,insitusynthesismethodsofcarbonnanotubesonaluminumsubstrates,andtheorganizationandperformanceofcarbonnanotube/aluminumcompositematerials.Thestudyshowsthatthein-situsynthesisofcarbonnanotubesonaluminumsubstratescansignificantlyimprovetheperformanceofcompositematerials,enhancetheirphysicalandchemicalpropertiessuchasstrength,hardnessandconductivity,andhavegoodapplicationprospects.
Keywords:carbonnanotubes;aluminumsubstrate;in-situsynthesis;compositematerials;properties.
引言
碳纳米管（carbonnanotube，CNT）是由单层或层状碳纳米片卷曲而成具有空心结构的一维纳米材料，具有独特的物理和化学性质，已经成为当代科学研究的热点，具有广阔的应用前景[1-3]。碳纳米管的研究涉及到材料科学、物理学、化学等多个领域。其中，碳纳米管与金属基复合材料的研究发展越来越受到科学家们的关注，合成方法也在不断更新和改进。铝是工业上广泛应用的金属材料之一，在机械、航空、轨道交通、汽车等领域中具有重要的地位，与碳纳米管复合可以改善其力学性能和导电性能等。本文主要介绍了铝基体上原位合成碳纳米管及其复合材料的组织与性能研究进展，包括碳纳米管的制备方法、铝基体上碳纳米管的原位合成方法、碳纳米管与铝基体的复合材料的组织及性能表现等方面的内容。
一、碳纳米管的制备方法
碳纳米管的制备方法主要分为两种：底部上生长法和浮游催化剂法。
（一）底部上生长法
底部上生长法是一种碳纳米管原位成长的方法，主要是利用沉积金属催化剂在基底上生长碳纳米管。该方法简单易行，可以制备出高质量的碳纳米管，但需要在高温下进行[4]。在这个方法中，金属催化剂通常使用铁族金属（铁、钴、镍）和第12-14族金属（铜、银、铝等），常用的基体材料有硅、氮化硅、铝、不锈钢等金属材料。
（二）浮游催化剂法
浮游催化剂法是将碳源分散在液相中，用小分子有机物用作碳源和气源，采用高温和高压下进行反应合成碳纳米管的一种方法。主要包括化学气相沉积（CVD）、化学液相沉积（LPCVD）、电弧放电、激光烧蚀等方法。浮游催化剂法具有较高的产量，可以在各种基底上制备出纯净的碳纳米管。同时，该方法也可以制备出杆状和卷曲的碳纳米管。
二、铝基体上碳纳米管原位合成方法
铝基体上碳纳米管原位合成可以通过底部上生长法或浮游催化剂法等方法进行。通常采用的金属催化剂有铁族金属和第12-14族金属。采用底部上生长法时，碳纳米管在高温下由金属催化剂在铝基体上生成。而浮游催化剂法则是将银纳米颗粒制备到铝基体上，再进行碳纳米管的生长。
三、碳纳米管与铝基体的复