拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料中的应用_高云

  本文关键词：拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

2010年 第55卷 第22期：2165 ~ 2176

评 述

《中国科学》杂志社

SCIENCE CHINA PRESS

拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料中的应用

高云①③, 李凌云①④, 谭平恒②, 刘璐琪①*, 张忠①*

① 国家纳米科学中心, 北京100190;

② 中国科学院半导体研究所, 半导体超晶格国家重点实验室, 北京100083; ③ 北京大学前沿交叉学科研究院, 北京100871; ④ 中国科学院研究生院, 北京100049

* 联系人, E-mail: liulq@; zhong.zhang@ 2009-12-03收稿, 2010-05-12接受

国家重大科学研究计划(2007CB936803)、国家自然科学基金(20874023)和中国科学院知识创新工程重要方向项目(KJCX2-YW-MO1)资助

摘要 拉曼光谱学不仅被广泛地用来确定碳纳米管的物理性质、表面功能化程度及取向性等, 也逐渐被发展成为研究碳纳米管聚合物复合材料界面相互作用的绝佳工具. 本文综述了拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料领域的应用研究. 基于碳纳米管拉曼光谱峰位的变化能够灵敏地反映碳纳米管的形变程度, 因此通过拉曼光谱能够定量地评估复合材料中碳纳米管与聚合物分子之间的相互作用、监测聚合物的相变过程、以及进行碳纳米管在复合材料中的应力分析和计算碳纳米管的杨氏模量. 同时, 给出了将拉曼光谱应用到碳纳米管宏观聚集体(包括碳纳米管薄膜、碳纳米管纤维及其复合材料纤维)研究方面的最新进展, 如分析了碳纳米管宏观聚集体材料的微观变形机理和从宏观结构到微观结构的应变传递效率, 揭示了影响材料性能的关键性因素, 并实现了碳纳米管宏观聚集体杨氏模量的准确预测.

关键词

显微拉曼光谱 碳纳米管 复合材料 碳纳米管宏观 聚集体

拉曼光谱是物质的非弹性散射光谱, 能够提供材料在振动和电子性质方面的独特信息. 碳质材料种类繁多, 多具有和石墨片层相似的微观结构; 不同碳质材料在结构或尺寸方面存在微小的差异, 其振动形式和电子特性往往就在拉曼光谱中表现出不同的特征. 由于拉曼散射对碳质材料结构中的偏移对称性十分敏感, 同时又具备所需样品量少、对样品无损伤等优点, 使得拉曼散射成为一种探测纳米碳质材料微观结构信息的理想手段[1].

近些年来, 随着碳纳米管物性研究的逐步深入, 显微拉曼光谱已经发展成为研究和表征碳纳米管物理性质的重要方法之一. 一方面它可以用来确定单根碳纳米管的直径大小和管束的直径分布[2~4]、碳纳米管的金属性或非金属性[5]、以及碳纳米管的取向性[6~8]等; 另一方面, 利用拉曼光谱也可定量评估动

英文版见: Gao Y, Li L Y, Tan P H, et al. Application of Raman spectroscopy in carbon nanotube-based polymer composites. Chinese Sci Bull, 2010, 55, doi:

10.1007/s11434-010-4100-9

态条件下碳纳米管所承受的应力或应变的相对大小[9]. 在外加载荷作用下, 碳纳米管中C== C键长会发生相应变化, 导致碳纳米管拉曼光谱的特征峰位发生相应的移动. 碳纳米管拉曼光谱特征峰对应力或应变环境的高灵敏度使得拉曼光谱成为研究碳纳米管聚合物复合材料中碳纳米管和聚合物分子间相互作用的绝佳工具. 本文在概述碳纳米管拉曼光谱的基础上, 着重评述了拉曼光谱在碳纳米管聚合物复合材料研究中的最新进展.

1 碳纳米管的拉曼光谱

自碳纳米管发现以来, 其独特的一维纳米结构特性和优异的力、电、热等多种功能特性, 引起了科学家的广泛关注[10]. 在过去十多年中, 科学家对碳纳米管的结构和物理性质进行了充分全面的研

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