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文檔簡介
1、碳納米管(CNTs)具有卓越的性能,應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。制備結(jié)構(gòu)完整、管徑均勻、準(zhǔn)直的優(yōu)質(zhì)碳納米管,有效去除碳納米管中的雜質(zhì)獲得高純的碳納米管,是發(fā)揮碳納米管良好的特性以及進(jìn)一步應(yīng)用研究的基礎(chǔ)和前提,是研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。碳納米管在聚合物中的定向排列一直也是國內(nèi)外研究的難點(diǎn)。 本文采用自主研制組裝的“陽極弧等離子體法制備碳納米管的實(shí)驗(yàn)裝置”,通過陽極弧等離子體蒸發(fā)內(nèi)含催化劑(Fe、Co、Ni)的石墨棒合成了結(jié)構(gòu)完整、純度高、準(zhǔn)直、
2、管徑均勻的優(yōu)質(zhì)單壁碳納米管及管束,并討論了催化劑配比參數(shù),填充緩沖氣體種類、氣壓大小,弧電流強(qiáng)度等因素對制備優(yōu)質(zhì)單壁碳納米管的影響,得出了制備優(yōu)質(zhì)單壁碳納米管的最佳條件:氦氣壓為6.0×104pa,陽極電弧電流為70A,電壓是24 V,弧間距是1.0~2.0mm,催化劑質(zhì)量比為W(Fe):W(Co):W(Ni)=1:1:1,以及良好的冷卻條件。 對陽極電弧法制備的含單壁碳納米管的不同粗產(chǎn)物,選擇不同的酸氧化劑分別進(jìn)行了純化。利用
3、透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)對提純后的碳納米管及管束進(jìn)行了形貌觀察,利用拉曼(Raman)光譜分析和熱重(TG)分析對碳納米管進(jìn)行了表征,結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物是結(jié)構(gòu)缺陷少、純度高、準(zhǔn)直、管徑均勻的優(yōu)質(zhì)單壁碳納米管及管束。 采用反復(fù)機(jī)械拉伸的方法制備了單壁碳納米管(SWNTs)定向排列的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合材料。通過TEM和SEM發(fā)現(xiàn)SWNTs在復(fù)合材料中沿拉伸方向定向排列并均勻分散,利用偏振Rama
4、n光譜在宏觀上進(jìn)一步證明了SWNTs在PMMA中的定向排列。研究了碳納米管在電場、磁場和層流場中定向排列的機(jī)理,反復(fù)拉伸法制備的SWNTs/PMMA復(fù)合材料屬于碳納米管在層流場中的定向排列,與實(shí)驗(yàn)取得了很好的吻合。 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究了SWNTs/PMMA復(fù)合材料的力學(xué)性能、電學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。表明SWNTs/PMMA復(fù)合材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能得到了很大提高,且表現(xiàn)出明顯的各向異性。隨著SWNTs質(zhì)量含量的增加(從0.5%到8%),
5、復(fù)合材料的彈性模量、拉伸強(qiáng)度以及延伸率得到了很大提高。當(dāng)SWNTs質(zhì)量含量為8%時(shí),復(fù)合材料的彈性模量沿拉伸方向提高了210.3%,拉伸強(qiáng)度沿拉伸方向提高了209.0%,延伸率沿拉伸方向提高了301.7%;復(fù)合材料的電學(xué)性能也得到了提高,也表現(xiàn)出各向異性,當(dāng)SWNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.5%增加到1%時(shí),沿拉伸方向復(fù)合材料的體電導(dǎo)率從10-8 S/cm增加到3×10-6 S/cm,當(dāng)SWNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí),其平行于碳納米管方向上的電導(dǎo)率比
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