导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合研究

针对沥青路面因车辆荷载、温度荷载等带来的裂缝扩展问题,采用碳纳米管-碳纤维制备导电沥青混合料,进行电-热愈合试验,分析沥青混合料裂缝愈合前后的电阻率值、断裂能、极限承载力和微观结构,研究导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合水平。结果表明,碳纳米管掺量在0.5%,1.0%时可以显著提高沥青混合料的自愈合能力;导电沥青混合料的自愈合水平与愈合前、后电阻率比值存在Sine函数关系;在50℃、20 min环境下小梁试件的极限承载力和断裂应变能得到最大限度的恢复。

芳纶纳米纤维/碳纳米管复合气凝胶传感器的制备及其性能

针对导电气凝胶结构稳定性差导致传感性能不佳的问题,提出以去质子化方法制备芳纶纳米纤维(ANFs),并与改性碳纳米管(CNTs)进行共混,得到具有高压缩回弹性、高灵敏度的复合气凝胶传感器,并对其热学性能、力学性能和传感性能进行表征。实验结果表明:ANFs与CNTs之间混合均匀,并通过氢键连接形成了稳定的内部网状结构,气凝胶能承受50%的压缩比,并在100次的压缩循环后,完全恢复到初始状态;更重要的是,复合气凝胶在压缩循环中展现出稳定的电信号输出以及0.1 kPa的超低检测极限,因而在柔性应变传感器领域具有较大的应用潜力。

钢纤维和碳纳米管对超高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响

碳纳米管的掺入对超高性能混凝土(UHPC)的抗氯离子渗透性能的影响尚不清晰,且很少有涉及加载对UHPC抗氯离子渗透性能影响的研究。因此,通过氯离子扩散系数测试法测定氯离子扩散系数,盐溶液浸泡下测定不同深度处氯离子浓度,观察微观结构等试验方法来探究碳纳米管和加载对UHPC抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:加载造成的损伤会降低UHPC的抗氯离子渗透性能;在不同的加载程度下,不同浓度的碳纳米管对UHPC的抗氯离子渗透性能的影响是有区别的;碳纳米管既起到了填充孔隙的作用,又起到了促进钢纤维电化学腐蚀的作用。

碳纳米管质量分数对纳米芳纶复合气凝胶纤维电磁屏蔽性能的影响

为了研究碳纳米管(CNTs)的质量分数对纳米芳纶(ANF)复合气凝胶纤维的电磁屏蔽性能的影响。将CNTs与ANF分散在通过二甲基亚砜(DMSO)中,改变CNTs与ANF的比例。对复合气凝胶纤维的力学性能、导电性能、微观形貌、 X射线光电子能谱、红外光谱、热失重等性能进行测试,确定实验范围内的CNTs的最佳参数。结果表明:当CNTs在分散液中的质量分数达到25%时,复合气凝胶纤维的电磁屏蔽效能达到-18 dB。CNTs/ANF复合气凝胶纤维可以屏蔽80%的电磁波,满足工业要求。

石墨烯-碳纳米管复合纤维高灵敏度测温性能

以碳纳米管(CNT)为填料、氧化石墨烯(GO)溶液为主体,通过化学限域水热法制备了含有不同质量碳纳米管的石墨烯-碳纳米管复合纤维。发现石墨烯-碳纳米管复合纤维热电性能随着氧化石墨烯与碳纳米管质量比的增加有提升趋势。利用瞬态电热(TET)技术研究了石墨烯-碳纳米管复合纤维的测温性能,并分析了其导电机理。结果表明,石墨烯-碳纳米管复合纤维的测温性能表现良好,且随着温度的降低,测温性能进一步提升。在30 K时,电阻温度系数(TCR)为0.05 K^(-1),特征响应时间为0.56 s;电流热退火后结构尺寸增大了0.5倍。导电机理由热激活传导(150~292 K)转变为最近邻跳跃(NNH)传导(70~150 K)和可变范围跳跃(VRH)传导(30~70 K)。为石墨烯-碳纳米管复合纤维在高灵敏度温度传感器上的应用提供了理论支撑。

碳纳米管-碳纤维增强二硫化钨/聚酰胺酰亚胺复合涂层摩擦学性能研究

通过稀土接枝方法将碳纳米管(CNTs)接枝在碳纤维(CF)表面,得到碳纳米管-碳纤维(CNTs-CF)多尺度增强体;以聚酰胺酰亚胺(PAI)为粘结剂,二硫化钨(WS_(2))为固体润滑填料,制备了二硫化钨/聚酰胺酰亚胺(WS_(2)/PAI)复合涂料.在WS_(2)/PAI复合涂料中添加CNTs-CF,涂覆在铝合金样块表面形成碳纳米管-碳纤维增强二硫化钨/聚酰胺酰亚胺(CNTs-CF/WS_(2)/PAI)复合涂层.采用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman spectra)和扫描电子显微镜(SEM)对CNTs-CF粉末进行表征;采用CFT-Ⅰ型材料表面性能综合测试仪和VH-2000C型超景深三维显微系统测试分析了不同试验条件下CNTs-CF对WS_(2)/PAI复合涂层摩擦学性能的影响.试验表明:在WS_(2)/PAI复合涂层中添加适量CNTs-CF能显著提高涂层材料的结合强度和耐磨性能,并一定程度上改善涂层的润滑效果.当CNTs-CF的质量分数为1.5%时,涂层的耐磨减摩性能最佳,在不同载荷下均表现出较低的摩擦系数和磨损率.CNTs-CF/WS_(2)/PAI复合涂层优异的摩擦学性能主要归因于WS_(2)的润滑作用、稀土Ce的桥接作用和CNTs-CF的增强作用.

氮掺杂碳层对铜碳纳米管纤维复合材料性能影响及机制初探

用碳纳米管纤维(CNTF)、盐酸多巴胺、五水硫酸铜作为原料,通过浸泡、热处理和电化学沉积等连续工艺合成了高导电性铜-碳纳米管纤维复合材料(Cu@NC@CNTF)。用场发射扫描电子显微镜对复合纤维表面进行形貌表征,用X射线光电子能谱、小角X射线散射站对氮掺杂的碳纳米管纤维(NC@CNTF)表面进行结构分析。结果表明:氮掺杂碳层的界面改性高效调节了CNTF表面浸润性,导致CNTF和Cu之间强的耦合作用;通过界面优化和调控电流密度大小,实现了Cu@NC@CNTF复合纤维的可控制备和性能改善,Cu@NC@CNTF的电导率和比电导率分别达到了3.06×10^(7)S/m和7571.48 S·m^(2)/kg;这种超亲水的Cu@NC@CNTF基复合材料为制造轻质、高导电性的工业级新型供电导线提供了思路。

碳纳米管纤维基热电器件的制备及其性能研究

利用温差发电的柔性热电器件具有可持续、环保和可穿戴的优点,但是多数热电器件需要利用金属电极相互连接,这在一定程度上降低了热电器件的整体性能。本文利用OA和FeCl 3对碳纳米管纤维进行N型和P型掺杂,制备了无需金属电极连接的具有连续P-N结构的热电纤维,并且利用热电纤维制备了3D热电器件。结果显示,N型和P型碳纳米管纤维基热电纤维分别具有-69.7、62.2μV K的高塞贝克系数和552.9、431.4μW(m·K 2)的高功率因数,3D热电器件能够利用人体与环境之间垂直方向上的温差产生开路电压,并可用作简单的温度传感器。这种3D热电器件具有优异的热电性能,在柔性自供电领域有广泛的应用前景。

碳纳米管修饰3D纤维网基压力传感器的制备及性能

为改善纤维基传感器灵敏度低和响应范围窄等问题,提出了一种以3D纤维网为基材,采用超声辅助浸渍碳纳米管修饰纤维表面,构建出了3D纤维网络结构的压阻式压力传感器。介绍了3D纤维网传感器的制备过程,并对所制备的传感器形貌结构、力学传感性能及应用进行了测试与表征。结果表明:碳纳米管修饰3D纤维网的传感器灵敏度为3.53×10^(-3)kPa^(-1),具有较好的线性度和较高的灵敏度;检测范围达到200 kPa;响应时间和回复时间分别为153 ms和226 ms;经过2000次循环施加压力测试表现出较好的稳定性和耐久性。该传感器能够用于监测人体的运动,如手指弯曲、手腕弯曲、手指点击和脚跟压力等,在可穿戴电子织物领域具有广阔的应用前景。

碳纳米管/聚丙烯腈纤维增强混凝土的抗裂性能

结合PTS-E0系统、WA-1000B试验机,测试碳纳米管/聚丙烯腈复合纤维增强混凝土的抗裂性能和力学性能,建立混凝土综合抗裂模型,结果显示:掺入复合纤维后,混凝土的抗压强度和劈裂强度均得到有效提升,且表面裂缝问题得到有效缓解;随复合纤维掺量的增大,混凝土的抗裂性能和力学性能均不断提升,但在工程实践应用时需要结合实际要求确定复合纤维的用量。

镍纤维/碳纳米管复合材料的制备及电性能研究

镍纤维和碳纳米管都具有良好的电性能,将两者复合可进一步提高镍纤维的电性能。以多壁碳纳米管、镍纤维等为原料,用物理吸附法制备镍纤维/碳纳米管复合材料。分别研究了碳纳米管用量、包覆温度与时间、煅烧温度和炉煅烧时间等因素对复合材料结构与电性能的影响;利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对复合材料官能团进行表征分析、光学显微镜(OM)及X射线光电子能谱仪(XPS)对复合材料的形貌进行表征并且测定元素组成,用RTS-8型四探针电阻率测试仪测定复合材料电导率。结果表明:当碳纳米管的质量分数为0.5%、包覆温度为50℃和包覆时间为60 min、煅烧温度为290℃与煅烧时间为180 min时,复合材料电导率最大为0.781×10^(3) S/cm,约为预处理镍纤维的1.56倍。

3D打印碳纳米管/纳米纤维素复合电极制备及性能

本研究探索了基于光固化的3D打印技术制造导电聚合物树脂材料。以可光固化树脂和多壁碳纳米管(MWCNT)混合物为基底,通过添加纳米纤维素(CNF)来改善MWCNT的分散性,使混合树脂达到最佳的导电性能和印刷质量。此外,结合了光固化、热解和化学活化等反应过程,形成可设计的分级孔结构的碳电极,该电极具有从毫米级到微米级再到纳米级分布的孔隙结构,组装对称超级电容器可提供高能量密度0.91 mWh/cm^(2)。

高性能碳纳米管复合纤维的研究进展

碳纳米管纤维(CNTF)作为碳纳米管(CNT)的一维宏观组装材料,具备将CNT在纳米尺度上的独特物理和化学性能转化到宏观尺度上的巨大潜力。理论上,通过对CNT进行有效的连接以及“自下而上”的整合组装,其卓越的力学、电学和热学性能可以从微观层面传递到宏观纤维。然而,实际中由于CNT在宏观组装时排列不理想、堆积密度低以及存在孔洞等结构缺陷,阻碍了性能从纳米尺度到宏观材料的有效传递。近年来,CNT复合纤维的开发为克服这些结构缺陷、促进性能传递带来了希望。综述了近年来CNT复合纤维的研究进展,包括纳米材料/CNT复合纤维、聚合物/CNT复合纤维、金属/CNT复合纤维以及陶瓷/CNT复合纤维的制备方法,并讨论了复合纤维性能的国内外研究现状。特别关注了CNT复合纤维在强度、导电性和耐热性等方面的性能提升。最后,对CNT复合纤维的发展趋势进行了展望。

碳纳米管/纤维阴极场发射平板显示器研制

探索了从碳纳米管/纳米纤维(CNT/CNF)的制备到CNT/CNF阴极场发射平面显示器(c-FED)封装的工艺流程．用化学气相沉积方法,优化制备条件获得了纯度较高的CNT/CNF；以CNT/CNF和低压荧光粉为原料,采用丝网印刷工艺制作显示器的阴极和阳极；采用类真空荧光显示器的封装工艺封装了c-FED样管．所研制的c-FED具有优良的场发射性能,较好的均匀性及发光密度,黄色荧光粉的c-FED在电场为2．7V/μm时的亮度可达600 cd/m^2．因该显示器使用普通玻璃作为阴阳极基板,整个工艺流程在大面积和实用化方面有很好的应用潜力．

碳纳米管、氧化石墨烯和碳纳米纤维的红外和拉曼光谱研究

以碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)和碳纳米纤维(CNFs)作为研究对象,采用透射电镜(TEM)、红外、Raman光谱对三种碳材料的结构和形貌进行表征与比较。结果表明,GO有着巨大的比表面积,较强的吸水性和优异的力学性能;表面含有羟基(-OH)、羰基(C=O)等大量的含氧官能团,易与其它基质或基体材料混合,从而制备复合材料。CNTs是一种中空结构的一维量子材料,具有较大的长径比,可通过合适取向制成导热优良材料;具有优异的力学性能,可用于增强复合材料的力学性能。CNFs具有三维网状结构良好的相容性、纳米尺度和良好的生物质特性,不仅可以提高材料强度,还有效减少了复合材料的重量,赋予其生物降解性等优点。Pb初始浓度和pH对CNTs、GO、CNFs吸附效果有一定影响,随着初始浓度增大,吸附率逐渐降低;随着pH增大,吸附率逐渐升高。研究结果证实三类碳材料在新能源材料领域具有巨大的应用前景。

基于碳纤维和碳纳米管的非金属集流器可提高电动车电池效率

橡树岭国家实验室(ORNL,位于美国田纳西州橡树岭)能源部的研究人员开发出了一种更轻、不含金属的集流器。传统的集流器包括正极铝箔和负极铜箔,通常占电池单元质量的10%,但无助于储能。这种新型的轻质集流器由聚合物-碳纤维复合材料和碳纳米管(CNT)叠加制成,之所以选择碳纤维和碳纳米管主要是因为它们具有高导电性和机械性能,性能相当的情况下,质量减少了80%~90%。这意味着电池组能量密度更高,电动汽车的续航里程也会增加。研究人员表示使用其他纳米材料开发集流器同样很有潜力。

碳纳米管纤维可实现结构致色与光致发光

近日,清华大学化工系张如范课题组和中国科学院理化所、济南大学谢政课题组合作报道了结构致色与光致发光的多功能碳纳米管纤维,并将其与织物集成,制备出了具有紫外线探测功能的智能织物。研究人员通过将硅烷功能化的碳纳米点(SiCDs)。

碳纳米纤维混凝土抗盐-冻性能研究

为研究碳纳米纤维混凝土在盐-冻融循环作用下的抗冻性能变化规律,以3.5%NaCl溶液作为冻融循环介质,对4种不同碳纳米纤维(CNFs)质量掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%)的混凝土试件进行快速冻融循环试验,通过扫描电镜、X射线衍射和氮气吸附等微观测试手段分析纤维改性机理,并建立冻融损伤模型以评价盐-冻融循环条件下碳纳米纤维混凝土的损伤演化规律。结果表明,CNFs可提高混凝土抗盐-冻性能,改善效果与碳纳米纤维掺量呈正相关,质量掺量为0.3%时抗冻等级及耐久性指数较基准组提高100%。CNFs通过桥接裂缝、控制纳米级裂纹、成核、改善孔结构提高混凝土密实度,进而改善混凝土的抗盐-冻性能。基于不同评价指标建立的冻融损伤模型符合威布尔分布且R2均大于0.9,可用于评价和预测盐-冻融循环条件下碳纳米纤维混凝土损伤情况。

水灰比、砂率及纳米碳纤维对混凝土微波加热性能的影响

通过调整水灰比和砂率,研究了混凝土基本参数对其微波加热性能的影响,并对比分析了水灰比和砂率对混凝土力学性能及微波加热性能的影响程度。为提高混凝土的微波加热性能,以纳米碳纤维为吸波剂,研究了其对混凝土升温速率、温度分布、除冰效率等的影响。并通过介电常数试验和电阻率试验,分析了纳米碳纤维的影响机理。结果表明:随着水灰比和砂率的增大,混凝土的微波加热性能不断增强。与水灰比相比,砂率的改变对混凝土微波加热性能的影响程度更大。改变砂率对于混凝土微波加热性能的影响比对力学性能的影响更为显著。纳米碳纤维通过增大混凝土的介电常数、降低混凝土的电阻率,从而增强混凝土的介电损耗能力和电阻损耗能力,进而提高混凝土的微波加热性能。纳米碳纤掺量越大,混凝土的微波加热性能越佳。

基于纳米纤维素和碳点的荧光复合材料的制备与应用研究进展

碳点是一种新型的零维荧光纳米材料,具有优异的光学性能、高热稳定性和化学稳定性,是近几年的一个研究热点。从天然生物质中提取的纳米纤维素,具有比表面积大、环境友好和可生物降解等特点。以纳米纤维素为载体掺杂碳点制备的复合材料兼具优异的荧光性能和机械性能,具有重要的应用价值。本文综述了基于纳米纤维素和碳点的荧光复合材料的制备与应用,简要介绍了碳点的性质和制备,论述了纳米纤维素基荧光碳点水凝胶、薄膜以及气凝胶和油墨等复合材料的制备方法及相关应用,并对纳米纤维素和碳点的荧光复合材料的发展进行展望。