碳纳米管纱线复合材料界面力学及应变传感性能研究

发布时间：2021-01-21 18:59

　　随着科技快速发展,能源、军工、航天航空等多个领域对纤维材料的需求日益增加。而碳纳米管这种材料具备特殊结构和优异性能,可以满足能源领域对高导电、电化学活性的要求;军工领域对抗氧化、化学稳定和耐腐蚀的要求;航空航天领域对高强、低密的要求;其中碳纳米管纱线,又称碳纳米管纤维是由碳纳米管组装而成的宏观尺度结构,因此,其在力学,电学和热学等方向都拥有极大的应用潜力。目前制备连续碳纳米管纱线的方法分别有传统溶液纺丝法、阵列抽丝法和化学浮动气相沉积法。其中化学浮动气相沉积纺丝方法,过程简单、可以稳定纺制连续碳纳米管纱线,具有工业化发展前景。可是其纺出的纱线存在直径不匀、强力较低等缺陷。故此种方法纺制而成的纱线需要后续的优化改性处理。同时目前国内外对于碳纳米管纱线的研究大多数都是基于纱线的本征力学和电学性能,很少对碳纳米管纱线复合材料的基础力学界面做深入研究。而复合材料的界面是决定其最终材料性能的重要因素。因此,为了进一步提高气相沉积法制备的碳纳米管纱线材料的工业化应用,探究碳纳米管纱线增强复合材料界面力学性能,本文围绕化学气相沉积制备的碳纳米管纱线结构特性进行研究,利用后处理方法改进纱线力学性能,对... 

【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

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碳纳米管集合体的几何结构分类[16]

图 1-2 （a）单根碳纳米管纤维与头发丝对比照[21]（b）化学浮动气相沉积法制备碳纳米管纱线和膜的示意图[22]（c）成卷大批碳纳米管纱线照片[23]（d）阵列纺丝法制造碳纳米管纱线[24]（e）溶液纺丝制造碳纳米管纱线[25]（f）加捻碳纳米管纱线电子显微镜图[26]（g）通过钻石线模具牵伸碳纳米管纱线与结构图[27]（h）牵伸-干燥法制双壁碳纳米管纱线[28]1.1.1.1 化学浮动气相沉积纺丝法2004 年英国剑桥大学的 Alan H. Windle 课题组[22]发现化学气相沉积垂直生长炉中生成的碳纳米管气凝胶可以直接用于纺丝。课题组将乙醇、噻吩和二茂铁分别作为碳源，催化剂注入高温反应炉中，原料在载气的携带下经过高温反应炉，并在反应炉口形成碳纳米管气凝胶，之后通过卷筒装置收集直接制成碳纳米管纱线,实验测得制出的碳纳米管纱线断裂伸长较大，且导电性较高。李亚利教授通过工艺改进化学浮动气相沉积的方法制备出了长达几千米的碳纳米管纱线,这种方法纺制出来的纱线强度可达 1GPa[29]。对比而言，化学浮动气相沉积方法可使用廉价的催化剂和碳源，同时可以实现连续制备,因而成为制备碳纳米管纱线的重

东华大学博士学位论文 第一章 引言叠形成一个平面宏观体薄膜，碳纳米管薄膜拥独特优异的柔韧性和力学机械能[37-39]。目前碳纳米管膜的制备方法可分为两类：催化化学气相沉积法和直接干法压膜法。化学浮动气相沉积法即是以碳氢化合物为原料，利用催化剂在高温条件下，使原料连续反应，不断得生成碳纳米管气凝胶，并随着载气沉积在低温区接收平板上，待反应结束就可以得到结构紧密的碳纳米管薄膜。苏州纳米所[40]以二甲苯和二茂铁分别作为碳源和催化剂，通过调控反应时间来控制薄膜的厚度，制备出了单壁碳纳米管薄膜。通过该方法得到的碳纳米管膜拥有较高的取向性，制备出来的薄膜也具有良好的力学性能，可是这种方法制备出来的薄膜杂质含量较高，生产过程较为复杂。而直接干法压膜法主要是先制备碳纳米管阵列，之后直接将阵列沿一个方向压成膜或将从特殊纺丝阵列中拉出的碳纳米管薄膜相互铺叠，经过有机溶剂浸润挤压，即可得到大面积的碳纳米管薄膜[41]。


本文编号：2991719