复合材料的研究现状分析的论文

　　日本科学家在1991年发现碳纳米管以来，由于其具有低密度、高强度、高韧性以及极高的弹性模量等传统材料所无法比拟的优异性能，成为众多科学家关注和研究的焦点。碳纳米管可以看成是由单层或者多层六边形石墨片绕中心轴按照一定的角度旋转一周、两端呈闭合或打开结构的纳米级管状材料。根据层数的多少，碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管的内径一般在几纳米到几十纳米之间，长度范围在几十纳米到微米级甚至厘米级之间。碳纳米管中大量交替存在的C=C双键和C-C单键使得相互之间形成共辘效应，化学键很难断裂或者被破坏掉，因此碳纳米管具有很高的强度。

　　碳纳米管还具有许多优异的力学、电学和化学性能，若能将碳纳米管与其他传统材料结合起来，在普通材料的基础上发挥碳纳米管的性能优势，将大大提高传统材料的各种性能。但是碳纳米管表面光滑，化学性质相对稳定，若直接与其他材料混合，很难结合在一起。通常采用的方法是:在保留CNTs特性的基础上，通过一定的化学反应或者物理操作对CNTs进行表面改性。经定向表面改性后的CNTs既能保留原有性质又可以与其他材料有效地结合，达到增强材料性能的目的。

　　近年来，国内外对碳纳米管的表面改性、性能表征及在复合材料中的应用方面研究较多。本文着重阐述了碳纳米管的表面改性方法及其在复合材料中的应用，并指出其今后的研究方向。

1物理法改性

　　采用物理的方法使CNTs晶格发生位移，内能增大，内能增大后的CNTs易与介质发生反应，在机械力或磁力作用下活性炭纳米管的体表面与介质发生反应、吸附，达到表面改性的目的。

　　1.1高能机械研磨

　　利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，通过研具与工件在高压力作用下的相对运动对碳纳米管表面进行改性加工。该法使碳纳米管表面形成晶格缺陷或晶格扭曲，从而得到高活性白由基，使碳纳米管易于与其他材料发生反应。但在研磨过程中不易控制，在形成晶格缺陷的同时容易导致碳纳米管的长度过短，失去原始碳纳米管具有的性能。Peeterbroeck等分别将未研磨的MWNTs及研磨后的MWNTs加入到(DPPH)溶液中，结果显示，当加入未研磨的MWNTs时，DPPH的颜色未发生变化;而加入研磨后的MWNTs时，DPPH的上清液从紫色变成了黄色，说明研磨后的MWNTs表面存在大量的白由基或白由基促进剂。

　　1.2高能球磨法

　　该法是用球磨机的转动或振动使硬球对碳纳米管进行强烈的冲击、研磨和搅拌，最终使碳纳米管表面形成晶格缺陷，得到改性。

　　这种方法的缺点是容易在样品中混入硬球成分的杂质，难以分离。孟振强等对MWNTs分别进行干式球磨和湿式球磨，并采用多种表征手段对其进行表征，结果表明，MWNTs在球磨的冲击作用下产生弯曲、扭结，形成结构缺陷，MWNTs在这些缺陷处容易断裂，产生大量敞开的断口，这些断口形态可发生转化。且与干式球磨相比，湿式球磨后的MWNTs长度较平均，结构损坏程度较小，多数端部处于敞开状态。这种经球磨后的MWNTs有利于与其他材料进行结合，从而改善原有材料的性能。

　　1.3超声振荡法

　　利用超声波的高频声波产生振荡，使碳纳米管在介质中进行分散，碳纳米管在介质中分散程度的好坏直接影响碳纳米管的性能与应用效果。王栋等研究了超声振荡对碳纳米管改性方面的影响，显示超声振荡可以阻止碳纳米管团聚，对碳纳米管的`分散起到了一定的作用。

　　对碳纳米管进行表面改性时，如果只是简单的物理研磨或振荡作用，由于其化学结构没有发生本质变化，碳纳米管与其他物质只是简单的物理附着或吸附，存在CNTs与基体物质结合不牢等间题，因此，单纯的物理改性效果不如化学改性明显。

2化学法改性

　　近年来，国内外关于利用化学改性的方法对碳纳米管进行表面改性的报道较多且效果明显。化学改性法是利用化学方法引入具有活性的梭基、经基、氨基等功能团，功能团的引入使得碳纳米管表面的化学性质发生了显著的转变，从而为后续的反应提供了改性的活性点。