连续碳纳米管薄膜及其复合材料的制备与性能研究
发布时间：2024-01-30 17:25
碳纳米管作为典型的一维纳米材料,其特有的中空管状结构、较高的长径比和化学稳定性、优异的力学、电学及光学等性能,一直成为基础研究与应用开发的热点。在微纳尺度下,单根碳纳米管具有超强的力学性能,其拉伸强度高达100GPa,杨氏模量超过1TPa,断裂伸长率达30%,能量吸收性能较传统高性能纤维高1-2个数量级。同时,碳纳米管在常温下呈现特有的弹道导电行为,并具有比铜高两个数量级的载流能力。此外,单壁碳纳米管的热导率高达3000W/(mK),和金刚石相当。如何将碳纳米管优异物理特性在其宏观材料中发挥出来是实现碳纳米管应用的关键所在。最近几年,碳纳米管宏观体的结构与性能的研究得到广泛关注并取得实质性突破,碳纳米管宏观体已成为新一代关键材料开发的热点。本学位论文系统研究碳纳米管薄膜的组装方法、复合薄膜的静态、动态力学性能,从纳观、微观到宏观尺度上分析碳纳米管薄膜的内在力、热的传输机制与规律,具体研究内容如下:首先研究基于阵列纺丝拉膜法和浮动催化法制备的碳纳米管薄层,根据两种碳纳米管薄层的微观结构形态(阵列纺丝拉膜法碳纳米管取向性能好,浮动催化法碳纳米管呈现网络结构),设计干法固态层层组装的碳纳米管...
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 碳纳米管薄膜的组装方法
1.2.1 无规取向碳纳米管薄膜的制备
1.2.2 取向碳纳米管薄膜的制备
1.3 碳纳米管薄膜的性能研究
1.3.1 碳纳米管薄膜力学性能研究
1.3.2 碳纳米管薄膜电学性能研究
1.3.3 碳纳米管薄膜热学性能研究
1.4 碳纳米管宏观材料的应用
1.4.1 碳纳米管复合材料在结构材料领域应用
1.4.2 碳纳米管复合材料在防护领域应用
1.4.3 碳纳米管复合材料在热界面材料领域应用
1.5 本论文研究目的与主要内容
1.5.1 本论文研究目的
1.5.2 本论文主要内容
1.6 创新性
1.7 章节安排
第二章 碳纳米管薄膜的可控制备与性能
2.1 引言
2.2 碳纳米管薄膜的静态力学性能测试介绍
2.3 阵列法碳纳米管薄膜的制备
2.3.1 碳纳米管纺丝阵列的制备
2.3.2 碳纳米管纺丝阵列拉膜方法
2.3.3 阵列法碳纳米管薄膜的组装
2.4 阵列法碳纳米管薄膜性能影响因素分析
2.4.1 阵列高度对碳纳米管薄膜性能的影响
2.4.2 拉膜速度对碳纳米管薄膜性能的影响
2.5 浮动催化法碳纳米管薄膜的制备
2.5.1 液态碳源/催化剂的制备
2.5.2 浮动催化法碳纳米管生长实验装置
2.5.3 浮动催化法碳纳米管网络结构成型及影响因素分析
2.5.4 浮动催化法碳纳米管薄膜的组装
2.6 碳纳米管薄膜的力学性能
2.6.1 乙醇溶剂对碳纳米管薄膜力学性能的影响
2.6.2 牵伸对碳纳米管薄膜力学性能的影响
2.6.3 压力对碳纳米管薄膜力学性能的影响
2.7 本章小结
第三章 碳纳米管复合薄膜的力、电学性能增强
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料
3.2.2 复合薄膜力学性能测试方法
3.2.3 复合薄膜电学性能测试方法
3.3 石墨烯增强碳纳米管薄膜力学性能研究
3.3.1 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的制备
3.3.2 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的微观结构
3.3.3 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的力学性能
3.4 高分子增强碳纳米管复合薄膜制备与力学性能研究
3.4.1 碳纳米管/高分子复合薄膜的制备
3.4.2 碳纳米管/高分子复合薄膜力学性能
3.4.3 碳纳米管/高分子薄膜力学性能增强机理
3.5 本章小结
第四章 碳纳米管复合材料的弹道冲击吸能性能
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料
4.2.2 测试方法及原理
4.3 碳纳米管薄膜的防弹性能
4.3.1 碳纳米管薄膜靶板的制备
4.3.2 碳纳米管薄膜的宏观结构破坏
4.3.3 碳纳米管薄膜的微观结构破坏
4.4 碳纳米管薄膜/UHMWPE复合结构对防弹性能影响
4.4.1 复合靶板的制备
4.4.2 复合靶板的弹道实验
4.4.3 不同结构靶板防弹性能分析
4.5 碳纳米管薄膜/UHMWPE层合结构对防弹性能的影响
4.5.1 层合靶板结构设计与制备
4.5.2 靶片层合结构对防弹性能的影响
4.5.3 层合结构材料破坏形态
4.5.4 子弹变形特征
4.5.5 防弹机理分析
4.6 本章小结
第五章 碳纳米管薄膜复合材料结构设计及防刺性能
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料
5.2.2 实验仪器及原理
5.3 碳纳米管薄膜/UHMWPE静态穿刺性能
5.3.1 碳纳米管薄膜/UHMWPE复合防刺片的制备
5.3.2 碳纳米管薄膜/UHMWPE复合片材静态防刺性能
5.3.3 碳纳米管薄膜层数对防刺效率的影响
5.3.4 层合结构对复合片材防刺效率的影响
5.3.5 碳纳米管薄膜/UHMWPE复合片材的防刺机制分析
5.4 碳纳米管薄膜/芳纶机织物靶板的动态穿刺性能
5.4.1 靶板材料的制备
5.4.2 靶片载荷-位移曲线分析
5.4.3 靶片位移-能量吸收曲线分析
5.4.4 靶片位移与剩余速度分析
5.5 本章小结
第六章 柔性碳纳米管/石墨烯复合薄膜的导热性能
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验材料
6.2.2 实验仪器
6.2.3 热导率测量方法
6.3 碳纳米管/石墨烯复合薄膜物理性能
6.3.1 热压对复合薄膜厚度的影响
6.3.2 高温处理对复合薄膜密度的影响
6.4 碳纳米管/石墨烯复合薄膜结构
6.4.1 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的微观结构
6.4.2 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的Raman光谱
6.4.3 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的XRD光谱
6.4.4 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的XPS光谱
6.5 阵列法碳纳米管/石墨烯复合薄膜导热性能研究
6.5.1 氧化石墨烯含量对导热性能的影响
6.5.2 碳化温度对导热性能的影响
6.5.3 环境测试温度对导热性能的影响
6.5.4 工艺优化后复合薄膜热导率
6.5.5 复合薄膜高导热性能机理分析
6.6 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的柔韧性能
6.7 浮动催化法碳纳米管薄膜的导热性能研究
6.8 碳纳米管/石墨烯复合薄膜与其它材料的性能对比分析
6.8.1 不同种类薄膜的热导率比较
6.8.2 不同种薄膜材料的力、热性能比较
6.9 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 本文主要结论
7.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术成果
致谢
本文编号：3890285
【文章页数】：136 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 碳纳米管薄膜的组装方法
1.2.1 无规取向碳纳米管薄膜的制备
1.2.2 取向碳纳米管薄膜的制备
1.3 碳纳米管薄膜的性能研究
1.3.1 碳纳米管薄膜力学性能研究
1.3.2 碳纳米管薄膜电学性能研究
1.3.3 碳纳米管薄膜热学性能研究
1.4 碳纳米管宏观材料的应用
1.4.1 碳纳米管复合材料在结构材料领域应用
1.4.2 碳纳米管复合材料在防护领域应用
1.4.3 碳纳米管复合材料在热界面材料领域应用
1.5 本论文研究目的与主要内容
1.5.1 本论文研究目的
1.5.2 本论文主要内容
1.6 创新性
1.7 章节安排
第二章 碳纳米管薄膜的可控制备与性能
2.1 引言
2.2 碳纳米管薄膜的静态力学性能测试介绍
2.3 阵列法碳纳米管薄膜的制备
2.3.1 碳纳米管纺丝阵列的制备
2.3.2 碳纳米管纺丝阵列拉膜方法
2.3.3 阵列法碳纳米管薄膜的组装
2.4 阵列法碳纳米管薄膜性能影响因素分析
2.4.1 阵列高度对碳纳米管薄膜性能的影响
2.4.2 拉膜速度对碳纳米管薄膜性能的影响
2.5 浮动催化法碳纳米管薄膜的制备
2.5.1 液态碳源/催化剂的制备
2.5.2 浮动催化法碳纳米管生长实验装置
2.5.3 浮动催化法碳纳米管网络结构成型及影响因素分析
2.5.4 浮动催化法碳纳米管薄膜的组装
2.6 碳纳米管薄膜的力学性能
2.6.1 乙醇溶剂对碳纳米管薄膜力学性能的影响
2.6.2 牵伸对碳纳米管薄膜力学性能的影响
2.6.3 压力对碳纳米管薄膜力学性能的影响
2.7 本章小结
第三章 碳纳米管复合薄膜的力、电学性能增强
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料
3.2.2 复合薄膜力学性能测试方法
3.2.3 复合薄膜电学性能测试方法
3.3 石墨烯增强碳纳米管薄膜力学性能研究
3.3.1 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的制备
3.3.2 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的微观结构
3.3.3 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的力学性能
3.4 高分子增强碳纳米管复合薄膜制备与力学性能研究
3.4.1 碳纳米管/高分子复合薄膜的制备
3.4.2 碳纳米管/高分子复合薄膜力学性能
3.4.3 碳纳米管/高分子薄膜力学性能增强机理
3.5 本章小结
第四章 碳纳米管复合材料的弹道冲击吸能性能
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料
4.2.2 测试方法及原理
4.3 碳纳米管薄膜的防弹性能
4.3.1 碳纳米管薄膜靶板的制备
4.3.2 碳纳米管薄膜的宏观结构破坏
4.3.3 碳纳米管薄膜的微观结构破坏
4.4 碳纳米管薄膜/UHMWPE复合结构对防弹性能影响
4.4.1 复合靶板的制备
4.4.2 复合靶板的弹道实验
4.4.3 不同结构靶板防弹性能分析
4.5 碳纳米管薄膜/UHMWPE层合结构对防弹性能的影响
4.5.1 层合靶板结构设计与制备
4.5.2 靶片层合结构对防弹性能的影响
4.5.3 层合结构材料破坏形态
4.5.4 子弹变形特征
4.5.5 防弹机理分析
4.6 本章小结
第五章 碳纳米管薄膜复合材料结构设计及防刺性能
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料
5.2.2 实验仪器及原理
5.3 碳纳米管薄膜/UHMWPE静态穿刺性能
5.3.1 碳纳米管薄膜/UHMWPE复合防刺片的制备
5.3.2 碳纳米管薄膜/UHMWPE复合片材静态防刺性能
5.3.3 碳纳米管薄膜层数对防刺效率的影响
5.3.4 层合结构对复合片材防刺效率的影响
5.3.5 碳纳米管薄膜/UHMWPE复合片材的防刺机制分析
5.4 碳纳米管薄膜/芳纶机织物靶板的动态穿刺性能
5.4.1 靶板材料的制备
5.4.2 靶片载荷-位移曲线分析
5.4.3 靶片位移-能量吸收曲线分析
5.4.4 靶片位移与剩余速度分析
5.5 本章小结
第六章 柔性碳纳米管/石墨烯复合薄膜的导热性能
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验材料
6.2.2 实验仪器
6.2.3 热导率测量方法
6.3 碳纳米管/石墨烯复合薄膜物理性能
6.3.1 热压对复合薄膜厚度的影响
6.3.2 高温处理对复合薄膜密度的影响
6.4 碳纳米管/石墨烯复合薄膜结构
6.4.1 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的微观结构
6.4.2 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的Raman光谱
6.4.3 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的XRD光谱
6.4.4 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的XPS光谱
6.5 阵列法碳纳米管/石墨烯复合薄膜导热性能研究
6.5.1 氧化石墨烯含量对导热性能的影响
6.5.2 碳化温度对导热性能的影响
6.5.3 环境测试温度对导热性能的影响
6.5.4 工艺优化后复合薄膜热导率
6.5.5 复合薄膜高导热性能机理分析
6.6 碳纳米管/石墨烯复合薄膜的柔韧性能
6.7 浮动催化法碳纳米管薄膜的导热性能研究
6.8 碳纳米管/石墨烯复合薄膜与其它材料的性能对比分析
6.8.1 不同种类薄膜的热导率比较
6.8.2 不同种薄膜材料的力、热性能比较
6.9 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 本文主要结论
7.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间的学术成果
致谢
本文编号：3890285
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