纳米复合材料-碳基填料

主题

Non-Clay纳米填料

碳纳米管和纳米纤维

碳纳米管复合材料

应用程序

Non-Clay纳米填料

几种类型的纳米填料已经具有重要的商业价值，包括基于碳的填料。其中最普遍的是炭黑，广泛应用于工业，尤其是汽车轮胎。即使有了这样一个成熟的技术，进一步的技术进步也是可能的，Degussa-Hüls已经开发了一种纳米结构的炭黑，称为ECORAX，它的表面由比普通炭黑更小、更无序的石墨晶体组成。由此增加的表面活性改善了填料与聚合物的相互作用，降低了滚动阻力，从而降低了燃料消耗(约2%)和尾气排放。

碳纳米管和纳米纤维年代

另一种重要的碳填料是碳纳米管和纳米纤维。单壁碳纳米管(即所谓的巴克管)的发展已经引起了广泛的关注，但尽管它们距离大规模的商业生产还有一段距离，但相应的多层碳纳米管已经为人所知有一段时间了，而且，在实际的商业数量上是可用的。这些层由石墨碳组成，管的内径通常为ca。5纳米和外径ca。10纳米(图1)。直径达200纳米的纳米纤维也在生产中（如．Pyrograf-III来自美国俄亥俄州应用科学公亚博老虎机网登录司)。焦接枝iii纤维是在金属催化剂的存在下通过热解碳氢化合物制成的，金属催化剂可以一直嵌入在纤维的末端。纳米管和纤维中石墨结构的比例可以在相当大的范围内变化，伴随而来的是表面能的变化。纳米管在加工过程中纯度高，气体排放少，与碳纤维和炭黑增强复合材料相比，纳米复合材料在使用中减少了大量的颗粒脱落。由于碳纳米管和纳米纤维的导电性，纳米复合材料与未填充的聚合物相比，表面电阻率大大降低。这些性能影响着复合材料的潜在应用。

碳纳米管复合材料

纳米管已被用于与各种基体树脂的复合材料中，包括聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯及其共混物、聚苯乙烯和高性能聚合物，如聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)。预计在不久的将来，该技术将扩展到聚烯烃系统。纳米管在聚合物中的有效分散是实现所需性能的关键。在聚合物体系中加入纳米管会导致加工过程中粘度的增加，这种影响可能很小，也可能很显著;然而，与加入碳纤维相比，熔体流动可以显著改善。报告的复合材料力学性能与基于传统填料和纤维的复合材料不相上下，包括在某些情况下冲击强度的降低。虽然碳纳米管的模量非常高，但这还没有转化为复合模量的重大改进，原因尚不完全清楚。

应用程序

纳米复合材料的应用领域很多，特别是在以上提到的纯度和电导率特性很重要的地方。这些包括用于微电子的托盘和晶片载体，具有静电放电保护、电磁干扰(EMI)屏蔽和汽车燃油管路的组件。PEEK、PEI和聚碳酸酯复合材料都在积极研究中。纳米纤维也被用于增强水泥，在水泥中，只有几个百分比就可以显著提高抗压强度和减少裂缝扩展。

都柏林圣三一学院(Trinity College, Dublin)也在进行将单壁(Buckytubes)和多壁碳纳米管合并成一种发光聚苯乙烯(PPV)共聚物的工作。纳米复合材料表现出高电导率、显著的三阶非线性光学行为和电致发光，同时相对于整齐的聚合物有显著提高的机械强度。

主要作者:J.N. Hay教授和S.J. Shaw教授

来源:摘自《纳米复合材料综述2000》

欲了解更多信息，请访问纳米技术研究所．