碳纳米管的特性及其在复合材料中（金属基 陶瓷基 聚合物）的应用
来源：广州宏武材料科技有限公司 发布时间：2023-07-11浏览量：次
随着科技的不断进步，复合材料在许多领域中被广泛应用，其中一种重要的材料是碳纳米管。碳纳米管是一种由碳原子形成的纳米结构，具有卓越的力学性能、导电性能和热导性能。在复合材料中，通过将碳纳米管与其他材料进行复合，可以产生许多优异的性能和应用。本文将探讨碳纳米管在复合材料中的应用。
一、增强复合材料的力学性能：
碳纳米管具有优异的力学性能，如高拉伸强度和硬度。在复合材料中添加适量的碳纳米管可以显著提高材料的力学性能，例如强度、刚度和耐磨性。碳纳米管的高比表面积和良好的界面相容性使得其能够有效地传递载荷和增强材料的结构。因此，碳纳米管被广泛应用于制备高性能的增强复合材料，如碳纳米管增强的聚合物、金属基复合材料等。
二、提高导电性能：
碳纳米管具有优异的导电性能，是一种理想的导电填料。通过将碳纳米管引入导电基体材料中，可以显著提高材料的导电性能。这种复合材料被广泛应用于电子器件、导电涂层、电磁屏蔽和传感器等领域。碳纳米管的高导电性能使得复合材料可以在微观尺度上实现电能的有效传输和控制。
三、改善热导性能：
碳纳米管具有出色的热导性能，是目前已知最佳的导热材料之一。在复合材料中添加碳纳米管可以显著提高材料的热导率，并使热能在材料中有效传播。这个特性使得碳纳米管复合材料成为高性能散热材料和热界面材料的理想选择，被广泛应用于电子器件散热、热管理和太阳能吸收等领域。
四、其他应用：
除了上述应用之外，碳纳米管在复合材料中还有其他各种应用。例如，碳纳米管可以用作气体和液体分离膜的增强填料，以提高分离效率和选择性。此外，碳纳米管还可以用作催化剂的支撑材料，提高催化反应的活性和稳定性。
碳纳米管作为增强体增强的复合材料主要有碳纳米管/聚合物复合材料、碳纳米管/金属基复合材料和碳纳米管/陶瓷基复合材料三类。
一、碳纳米管/聚合物复合材料
碳纳米管具有独特的力学、电学性能，而聚合物则易于加工、适用性强，将两者的优势结合起来可以制备出性能优异、用途广泛的新材料。最近，有报道碳纳米管体积含量占总体积30%～50%的碳纳米管/聚合物复合材料的抗拉强度超过1.2GPa。另据报道，碳纳米管/纤维素纸的体积电导率为0.53Ωcm，在15～40GHz的范围内屏蔽效能超过20dB，且在30～40GHz的范围内电磁波的吸收效能占80%以上，是一种很好的吸波材料。
二、碳纳米管/金属基复合材料
现在已研究的有碳纳米管与铁基、镍基、铜基、铝基、镁基、银基等基体的复合材料，并取得了较好的性能。采用快速凝固法制备的碳纳米管增强Fe80P20复合材料，由于碳纳米管的加入大大提高了复合材料的热稳定性和电阻，同时还降低了复合材料的饱和磁力矩。将催化热解法得到的碳纳米管经化学镀镍表面处理后与铜粉混合，经分别冷压、热压、轧制和真空退火制成的碳纳米管/铜基复合材料，当碳纳米管在体积分数为12%～15%时，该复合材料润滑效果和抑制基体氧化的效果最好，耐磨性也最佳。
三、碳纳米管/陶瓷基复合材料
陶瓷材料具有共价键与复杂离子键的键合以及复杂的晶体结构，因而呈现耐高温、耐磨损、质量轻和高温下强度保持率高等优异的性能，但陶瓷材料最大的缺点就是脆性，利用碳纳米管独特的力学性能，在陶瓷制备过程中加入一定量的碳纳米管，能极大地提高陶瓷材料的断裂韧性，改善陶瓷材料的脆性，提高其力学性能，同时还能很大地提高陶瓷材料的热学性能等。
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