作者:解思深等 来源:《纳米快报》 发布时间:2009-9-3 14:48:56
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碳纳米管增强复合材料研究获进展
 
最近,中科院物理所解思深院士研究组与国家纳米科学中心纳米复合材料研究组合作在碳纳米管增强复合材料领域取得最新进展。研究结果发表在近期的《纳米快报》(Nano. Lett.) (2009, 9, 2855-2861)上,并被Nature China网站报道。
 
碳纳米管是由单层或多层石墨片层卷曲而成的典型一维纳米材料,其力学性质及可能的应用一直广受关注。单壁碳纳米管的轴向力学性质接近完美石墨片层的理论值,因而利用其作为增强材料制备而成的碳纳米管增强高分子基复合材料有可能具有极其优异的力学性质。在这样诱人前景的鼓舞下,近年来复合材料领域研究人员进行了大量的工作,但研究结果却远低于理论预期目标,碳纳米管真正的潜力并没有在宏观尺度的材料中得到应有的体现。制约碳纳米管增强复合材料力学性质的主要因素包括:碳纳米管在聚合物基体中的团聚、碳纳米管与基体界面强度性能、碳纳米管自身弯曲对增强效果的削弱等因素。
 
解思深院士研究小组与纳米中心纳米复合材料研究组针对目前碳纳米管增强复合材料研究中的难题,进行了长期广泛的合作与系统研究(Composites Part A 2007,38,388-392; Adv. Mater. 2009,21,603-608),并得出结论:对于碳纳米管这种纳米尺度的新型增强体,需要发展不同于传统复合材料工艺的新方法。他们率先制备出连续结构的碳纳米管网络应力传递载体,再将聚合物分子填充入纳米尺度的碳纳米管网络之中,使碳纳米管与聚合物分子在分子尺度发生耦合构成共穿网络。通过这种方法制备出的新型复合材料,碳纳米管的体积含量可达30%-50%,突破了传统制备方法中碳纳米管的5%体积含量的极限,其力学强度可达1.6GPa,高于同等体积含量的碳纤维增强复合条带。针对这种新型复合材料的微观力学研究中发现,在聚合物分子与碳纳米管网络相互耦合之下,从材料宏观应变传递到碳纳米管轴向应变的传递效率是常规方法制备的碳管增强复合材料的数倍,并且耦合方式会受聚合物分子结构的影响。基于这一发现,他们在传统复合材料混合定则基础上,创新性地提出了适用于碳纳米管增强复合材料新的混合定则,用以描述碳纳米管增强体与聚合物在分子级的耦合对复合材料宏观力学性能的影响。该研究成果不仅解决了碳纳米管增强复合材料的一个难题,对其它纳米复合材料的机理研究也有一定的借鉴作用。(来源:国家纳米中心)
 
 
 
 
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