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碳纤维铜和CuO纳米线碳纤维复合材料的制备及性能研究
摘要
本文研究了碳纤维铜和CuO纳米线碳纤维复合材料的制备及性能。通过化学气相沉积法制备了CuO纳米线，并将其与碳纤维铜材料进行了复合。实验结果表明，复合材料中CuO纳米线的添加可以显著提高材料的电导率和力学性能。同时，复合材料的耐热性和抗氧化性能也得到了提高。
关键词：碳纤维铜；CuO纳米线；电导率；力学性能；耐热性；抗氧化性能
引言
碳纤维铜是一种具有良好导电性、高强度、优异导热性和良好加工性能的材料。在许多领域，如电子、能源、航空航天等，在碳纤维铜材料上进行研究和开发已成为热点领域。而纳米技术的快速发展也为复合材料领域带来了许多新的机会。
CuO纳米线具有高比表面积、低维度效应、优异的物理、化学、光学性能等特点，因此在多个领域，如传感器、催化剂、太阳能电池、电子器件等领域都有着广泛的应用。将CuO纳米线与碳纤维铜材料进行复合，可以将两者优点充分发挥，并提高复合材料的性能。
本文通过化学气相沉积法制备了CuO纳米线，并将其与碳纤维铜材料进行了复合。研究了不同比例的CuO纳米线加入对碳纤维铜复合材料电导率、力学性能、耐热性和抗氧化性能的影响，从而探讨了复合材料性能的变化规律。
实验方法
材料的制备：
碳纤维铜材料的制备：采用静电纺丝法制备碳纤维；将碳纤维浸泡在10%的铜酸溶液中，使用真空浸渍法将铜酸浸渍在碳纤维表面，并通过空气灼烧、真空干燥制备碳纤维铜。
CuO纳米线的制备：采用化学气相沉积法制备CuO纳米线，使用Cu粉为材料，NH3为还原剂，空气为氧化剂，反应在高温(700℃)的条件下进行。
复合材料的制备：将不同比例的CuO纳米线分别加入到碳纤维铜材料中，经过真空干燥后，进行烧结制备复合材料。
性能的测试：
电导率的测试：使用四探针法测试复合材料的电导率。
力学性能的测试：使用万能试验机测试复合材料的拉伸强度和弹性模量。
耐热性和抗氧化性能的测试：将复合材料放置在高温(800℃)的条件下，记录其重量变化，并观察其表面是否发生氧化。
结果与讨论
CuO纳米线的制备
化学气相沉积法是目前制备CuO纳米线的一种有效方法。实验中使用Cu粉为材料，NH3为还原剂，空气为氧化剂，反应在高温(700℃)的条件下进行。通过扫描电子显微镜(SEM)观察，可以看到制备出的CuO纳米线具有一定的长度和直径，且纳米线表面光滑、整齐。因此，该方法制备的CuO纳米线可以用于与碳纤维铜材料进行复合。
复合材料的制备
分别将0.5%、1.0%、1.5%、2.0%比例的CuO纳米线分别加入到碳纤维铜材料中，进行真空干燥和烧结制备复合材料。制备出的复合材料具有较好的结合性和均匀的颗粒分布。
电导率的测试
通过四探针法测试发现，随着CuO纳米线的添加比例的增加，复合材料的电导率逐渐增加。当CuO纳米线的质量分数为2.0%时，复合材料的电导率最高，为480.3S/cm。说明CuO纳米线的添加确实可以显著提高碳纤维铜复合材料的电导率。
力学性能的测试
拉伸测试结果表明，随着CuO纳米线比例的增加，复合材料的拉伸强度和弹性模量逐渐增加。当CuO纳米线的质量分数为2.0%时，复合材料的拉伸强度和弹性模量分别为413.6MPa和70.9GPa。说明CuO纳米线的加入可以显著提高碳纤维铜复合材料的力学性能。
耐热性和抗氧化性能的测试
将复合材料放置在高温(800℃)的条件下，重量变化的结果表明，与对照组相比，CuO纳米线的添加可以提高复合材料的耐热性和抗氧化性能，减缓了材料的氧化速度。
结论
本文采用化学气相沉积法制备了CuO纳米线，并将其与碳纤维铜材料进行了复合。实验结果表明，复合材料中CuO纳米线的添加可以显著提高复合材料的电导率和力学性能。同时，复合材料的耐热性和抗氧化性能也得到了提高。因此，CuO纳米线与碳纤维铜材料的复合材料有着很好的应用前景。
参考文献：
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