-
1985年，分子C60被发现，紧接着Kroto H. W.、Smalley R. E.和Curl R. F.以发现并通过科学的论证证实了C60 的存在性而获得了1996年诺贝尔化学奖。但真正意义上登上历史的舞台是在1991年，由日本显微镜专家Li Gima在实验过程中意外发现，同年正式被命名为碳纳米管。33650
- 上一篇：卷扬机卷筒的设计国内外研究现状
- 下一篇：功能梯度材料的研究现状
碳纳米管以其高强度、高韧性、低密度等性能作为一种新型材料为人们接受。碳纳米管有两种形态：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。单壁碳纳米管是由单层石墨烯无缝卷成的，其壁厚可以达到纳米级别，长度可以达到厘米级。类似的，多壁碳纳米管是由多层石墨烯形成的，每层之间的间距为0.35个纳米。自从碳纳米管被发现后，学者们期望碳纳米管具有和石墨烯一样的杰出的力学性能。过去，诸如玻璃纤文碳纤文这种传统微型纤文等通常被混入其它材料中来提高材料的各种特性从而形成传统的复合材料。如今，科研人员受到传统复合材料的启发将具有更加优良性能的碳纳米管作为高分子复合材料的一种增强材料制造出更加理想的碳纳米管增强复合材料。然后对合成的碳纳米管复合材料进行各方面的检验，结果证实:碳纳米管作为增强材料优于传统的玻璃纤文和碳纤文论文网
早期关于碳纳米管增强复合材料的研究主要集中在其材料属性和本构模型上。在1999年，Shaffer和Windle第一次研究了含有碳纳米管的大尺寸复合薄膜的热力学和电学性质。通过对纳米管聚乙烯醇薄膜的化学气象沉淀的动态热力学分析发现碳纳米管的质量百分比可以达到60%。对于质量百分比为60%的复合材料薄膜，随着聚合物的储存模量从6GPa增加到12GPa，增强效果不是特别明显。增强软基体材料相对而言比较容易，从聚合物的玻璃转化温度的观察可以得到比较好的结果。利用短纤文理论，可以得到碳纳米管的杨氏模量和有效长度为150MPa和35nm。这么低的杨氏模量值可能是由于很难找到一个高度吻合的非线性函数来与有限的数据集吻合。通过拉伸试验，Qian等人对多壁碳纳米管增强聚丙乙烯复合材料的化学气象沉淀进行了研究。当多壁碳纳米管均匀的分布在聚丙乙烯中时，对于基体材料，杨氏模量从1.2GPa增加到1.62GPa。对于复合材料，杨氏模量增加到1.69GPa。该复合材料分别含有1wt.%的短(15μm) 和长 (50μm)碳纳米管。对于这两种不同长度的碳纳米管，拉伸试验同时表明对于基体材料，拉伸强度从12.8MPa增加到16MPa。Safadi等人开展了与上述类似的研究。他们发现在相同水平的载荷条件下，对于杨氏模量，聚合物和含有体积百分比为2.5%的复合材料，杨氏模量分别有1.53%和3.4%的增加，拉伸强度从19.5MPa增加到30.6MPa。Cadek等人对多壁碳纳米管增强聚乙烯醇和聚乙烯基咔唑的形态学和力学性质进行了研究。研究发现含有体积百分比为0.6%的多壁碳纳米管增强聚乙烯醇复合材料，杨氏模量从7GPa增加到12.6GPa。对于含有体积百分比为4.8%的多壁碳纳米管增强聚乙烯基咔唑复合材料，杨氏模量从2GPa增加到5.6GPa。将碳纳米管引入到聚合物基体中，杨氏模量和拉伸强度不是唯一的被改善的材料参数。Ruan等人制造了1%气象化学沉淀多壁碳纳米管增强高密度聚乙烯复合材料。研究发现杨氏模量和拉伸强度有一定程度的提高。然而，更具有吸引力的结果是关于膜排列的热拉伸上。结果表明随着聚合物和复合材料拉伸比的增加，杨氏模量和拉伸强度以相同的速率增加。对于拉伸比从60到70，复合材料薄膜的杨氏模量和拉伸强度分别达到了50GPa和2.5GPa。然而当拉伸比为70时，韧性增加的比较快，达到了150GPa。对于含有不同类型碳纳米管的聚乙烯醇复合材料薄膜，Cadek等人在不同纳米管载荷水平条件下进行了无约束拉伸试验。对于所有的研究案例，他们发现杨氏模量有明显的提高。此外，通过量热法，对碳纳米管周围的晶体涂层进行了检测，表明了碳纳米管和聚合物之间的接触面。因此增强机理是与碳纳米管和聚合物之间的相互作用是密切相关的。Thostenson和Chou利用微观尺度的双螺杆挤出机实现多壁碳纳米管的分散在聚苯乙烯基质。他们发现对于含有质量百分比为5%和含有体积百分比为25%的多壁碳纳米管增聚苯乙烯复合材料，杨氏模量从2GPa分别增加到2.6GPa和4.5GPa。Meincke等人在同向旋转双螺杆挤出机上制备了多壁碳纳米管增强尼龙-6复合材料。拉伸试验表明杨氏模量增加了27%。然后在给定基体材料尼龙-6的脆化率的条件下，这些材料的断裂延伸率显著地减小了。Sun等人解析的研究了单壁碳纳米管的轴向杨氏模量。碳纳米管的直径从纳米级到厘米级。分析结果表明碳纳米管比碳纤文具有更加优良的力学性质。Gojny等人研究了不同类型的纳米填料对环氧树脂基纳米复合材料的力学性能和表面功能化的相关性。他们发现生产的纳米复合材料的强度和刚度可以大大提高，同时也发现断裂韧性显着的增加。Pötschke等人在260°C使用流变仪对聚碳酸酯和碳纳米管压缩模塑混合物的流变性能进行了研究。他们发现质量百分比2%的碳纳米管能显著地改善电阻率和复合粘度。这些研究表明碳纳米管在聚合物基质中引入可显著提高所得到的纳米复合材料的力学，电学和热学性质。