磁性碳纳米管复合材料的合成及在固相萃取中的应用进展

本文综述了近年来磁性碳纳米管复合材料的最新进展。重点讨论了碳纳米管的表面预处理技术、碳纳米管与磁性纳米颗粒的复合方法及材料结构性能的表征技术,介绍了磁性碳纳米管复合材料在样品富集检测中的应用,并对其未来的发展趋势进行了展望。

碳纳米管增强铝基复合材料界面与晶粒调控研究进展

随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

石墨烯和碳纳米管增强铜基复合材料的研究进展

本文回顾了碳纳米管(CNT)和石墨烯(Gr)增强铜基复合材料的研究进展,探讨了这些复合材料的制备方法、性能提升机制及潜在应用前景。CNT和Gr因独特的物理化学特性,作为铜基复合材料的理想增强相,显著提升了材料的力学性能、导电性和热导率。首先回顾了铜基复合材料的传统制备技术,包括粉末冶金法和机械合金化法,随后介绍了新兴的化学气相沉积(CVD)和电沉积法,这些技术通过直接生长或电化学沉积实现更好的界面结合。对比分析了不同方法的优缺点,指出粉末冶金和机械合金化的成本较低但可能引起增强相分布不均,而CVD法虽能制备高质量材料但成本较高且环境影响敏感。进一步分析了CNT和Gr在铜基体中的分散性及界面结合对性能的影响,强调了良好分散性和强界面结合的重要性。在力学性能方面,CNT和Gr的分散性和界面结合对复合材料的强化机制起着关键作用,包括载荷转移、晶粒细化和Orowan强化等。此外,讨论了CNT和Gr增强铜基复合材料在耐腐蚀性、磨损性能及热管理等方面的应用潜力。尽管存在挑战,但这些复合材料在电力传输、电子器件和航空航天等领域显示出巨大应用前景。未来的研究将集中于微观结构控制、制备工艺创新和多功能复合材料开发,以实现更高性能的工业应用。

聚苯乙烯/碳纳米管/纳米黏土导电复合材料的制备及性能

为了考察纳米黏土(NC)的引入对碳纳米管(CNTs)在聚苯乙烯(PS)树脂基体中分散的影响,使用NC作为非导电填料,通过熔融共混工艺制备了PS/CNTs/NC导电复合材料,探讨了NC与CNTs的含量及密炼时间对PS/CNTs/NC复合材料导电性能和力学性能的影响规律。扫描电子显微镜分析表明NC的加入减少了CNTs在PS基体中的团聚现象,并促使CNTs在较低添加量下形成了导电网状结构。复合材料的电阻率表征结果表明,在相同的CNTs含量下随着复合材料中NC含量的增加,体系电阻率呈现出逐渐减小趋势,并且在低CNTs添加量下,NC的引入促使体系电阻率降低的现象更明显,随着密炼时间的增加,体系电阻率呈现进一步减小的现象;力学性能表征结果表明,PS/CNTs/NC复合材料的拉伸性能总体上随着CNTs和NC含量的增加而增大,并且随着密炼时间的增加,复合材料拉伸强度最高可增加50.2%。NC与CNTs的质量比为1∶1时,可获得具有良好导电性能的复合材料。

粉末冶金制备碳纳米管增强铜基复合材料研究进展

碳纳米管具有优异的力学性能和导电、导热性能,作为增强体引入铜基体中有望开发出新一代高强、结构功能一体化的复合材料。然而,碳纳米管在铜基体中的分散性较差及其与铜的润湿性问题,成为制备碳纳米管增强铜基(CNTs/Cu)复合材料的主要挑战,并显著影响了复合材料的性能。本文对目前有关制备碳纳米管增强铜基复合材料的主要方法包括碳纳米管前期预处理方法、碳纳米管在铜粉末中分散的方法、复合材料的烧结方法进行总结,概述复合材料的力学性能、摩擦磨损性能以及导电导热性能的研究进展,并提出思考和展望,以便为制备CNTs/Cu复合材料研究提供参考。

碳纳米管增强复合材料Timoshenko梁弯曲和屈曲行为分析

考虑碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)的尺度效应,研究宏观尺度下碳纳米管增强复合材料(carbon nanotubes reinforced composites,CNTRCs)梁的弯曲和屈曲行为。在EMT(Eshelby-Mori-Tanaka)方法的基础上,利用非局部理论提出了可表征CNTs尺度效应的非局部EMT本构模型。根据Timoshenko梁理论,采用哈密顿原理得到CNTRCs梁的静力学微分方程和边界条件。求解简支边界条件下CNTRCs梁的弯曲响应和极限屈曲载荷,并与文献进行对比验证所建模型和求解方法的正确性。分析了CNTs的尺度效应参数和体积分数以及复合材料梁的长细比等因素对简支CNTRCs梁弯曲响应和极限屈曲载荷的影响规律。结果表明,考虑CNTs的尺度效应会削弱结构等效刚度,且CNTs体积分数和尺度效应参数对大长细比CNTRCs梁的弯曲响应和极限屈曲载荷的影响幅度较大。

新型碳纳米管磁性复合材料的制备及磁性能

采用水热–沉淀法制备了ZnFe2O4包覆碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)磁性复合材料。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、Mssbauer谱仪和振动样品磁强计等仪器表征制备样品的结构与性能。200℃是制备纳米ZnFe2O4包覆CNTs磁性复合材料的较好的反应条件,温度过高或过低都生成较多的γ-Fe2O3。包覆在CNTs上的ZnFe2O4纳米粒子为球形,粒径为13～20nm。Mssbauer谱结果表明:大部分ZnFe2O4纳米粒子表现出超顺磁性,少量表现出铁磁性。磁滞回线结果表明:复合材料的矫顽力值为254215.85A/m。

镀Ni-P和Ni-N合金碳纳米管的磁性能及其复合材料的微波吸收性能

用竖式炉流动法,以二茂铁为催化剂,噻吩为助催化剂,苯为碳源通过催化裂解反应在1100～1200℃制备了直线形碳纳米管,外径为20～50nm,内径10～30nm,长度50～1000μm。用化学镀工艺在碳纳米管表面均匀包覆了Ni-P和Ni-N合金,研究了它们的磁性能及其环氧树脂基复合材料在2～18GHz的微波吸收性能。与纯碳纳米管相比,镀Ni-P合金碳纳米管复合材料的吸收峰向高频移动,镀Ni-P和Ni-N合金碳纳米管经热处理后,复合材料的吸收峰向低频移动。镀Ni-P合金碳纳米管以及镀Ni-P和Ni-N合金经热处理碳纳米管的矫顽力分别为304.34Oe、81.65Oe、183.85Oe。随着矫顽力的增加,在2～18GHz,复合材料的微波吸收峰向高频移动。在复合材料中,碳纳米管以及镀Ni-P和Ni-N合金的碳纳米管作为偶极子吸收微波。

碳纳米管对天然橡胶复合材料高频动态性能的影响

以0.5份(每100质量份天然橡胶中添加的质量份)碳纳米管(CNTs)替换基础配方中不同份数(0,2,4,6,8)炭黑制备天然橡胶复合材料,研究了碳纳米管对天然橡胶复合材料静态力学性能和高频动态性能的影响。结果表明:随着CNTs替换炭黑份数的增加,复合材料的硬度降低,拉伸强度先升后降再升,断裂伸长率先降再增,100%定伸应力先增后降;用0.5份替换2份炭黑后的复合材料的综合静态力学性能最佳,此时拉伸强度和100%定伸应力均最大,分别比未用CNTs替换炭黑的复合材料提升13.52%和8.47%。随着CNTs替换炭黑份数的增加,复合材料动刚度均方根呈先减后增的趋势,替换2份炭黑后的复合材料动刚度均方根最小,比未用CNTs替换炭黑复合材料的动刚度均方根降低了12.94%,此时复合材料具有最好的高频动态性能,拉伸强度和定伸应力与高频动态性能正相关,断裂伸长率和硬度与高频动态性能的相关度不显著。

羧基化多壁碳纳米管/Fe_3O_4磁性复合材料对水中铜(Ⅱ)的吸附性能(英文)

羧基化多壁碳纳米管(c-MWCNT)/Fe3O4磁性复合材料(c-MWCNTMCs)通过六水合三氯化铁,乙酸钠,乙二醇,二乙二醇和c-MWCNT混合,然后超声处理,在200℃下加热10 h而制得。结果表明,c-MWCNTMCs在去离子水中表现出良好的分散性、酸碱稳定性和磁性,可以作为去除铜(Ⅱ)的吸附剂。c-MWCNTMCs易被磁铁从水中分离,并对铜(Ⅱ)具有较高的吸附容量。c-MWCNTMCs对铜(Ⅱ)的吸附较快,并成拟二级吸附动力模型。c-MWCNTMCs和Cu(Ⅱ)之间的吸附力是一种化学键,在pH<2的条件下吸附剂可以再生。具有磁性的Fe3O4只对快速分离有利,而对吸附几乎没有影响。基于这种新型复合材料从水中去除的铜(Ⅱ)的检测限可达1.29μg/L。

碳纳米管/四氧化三铁复合材料的磁性能和电催化性能

采用水热法制备碳纳米管(MWCNT)/四氧化三铁(Fe3O4)复合材料,运用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外吸收光谱(FTIR)、振动样品磁强计(VSM)以及循环伏安法等对复合材料的微观结构、磁性能以及电化学行为进行研究和分析。结果表明:在MWCNT/Fe3O4复合材料中,磁性Fe3O4纳米颗粒能够对MWCNTs表面较好的包覆,实现了Fe3O4对MWCNTs的表面修饰;Fe3O4含量(质量分数)为62.5%的复合材料容易被磁化,常温下其饱和磁化强度(Ms)为35.89 A·m2/kg,矫顽力(Hc)为0.19 A/m,表现出良好的顺磁性;MWCNTs/Fe3O4修饰玻碳(GC)电极对H2O2的电化学响应具有良好的促进作用,使其氧化还原过电位升高,氧化峰值电流显著增强。

定向碳纳米管/丁苯橡胶复合材料的摩擦学各向异性行为研究

应用机械剪切诱导法制备定向碳纳米管/丁苯橡胶(CNTs/SBR)复合材料,研究碳管含量、定向性对复合橡胶材料力学特性和摩擦学特性的影响规律,分析这些结果产生的机理。结果表明:CNTs取向对SBR复合材料的摩擦学性能有显著影响。当CNTs-z垂直于摩擦界面和滑动方向,CNTs-z/SBR的力学、摩擦学性能均优于CNTs-x/SBR和CNTs-y/SBR。当CNTs平行于摩擦界面时,与滑动方向一致的CNTs-x/SBR力学性能优于与滑动方向垂直时的CNTs-y/SBR。CNTs-z可以提升橡胶复合材料的抗剪切性能,降低温升幅度和表面黏附作用,有效提升橡胶材料的摩擦学性能。载荷和速度工况下,摩擦因数与磨损量为负相关关系,即摩擦因数减小而磨损量增大,速度对摩擦学性能的影响大于载荷。研究结果可以为CNTs复合轮胎橡胶材料的摩擦学性能改善以及产业化应用提供科学参考。

聚苯硫醚/多壁碳纳米管复合材料的电磁性能

采用熔融共混法制备了聚苯硫醚／多壁碳纳米管复合材料，研究了在0．5～18GHz频段，不同碳纳米管含量对复合材料电磁性能的影响。结果表明，介电常数支部与虚部随着碳纳米管含量的增加而增大，介电常数实部在测量范围内随频率的增加而减小，具有明显的频响特性；复合材料的磁导率随着多擘碳纳米管含量的增加变化不明显，呈弱磁性；通过对复合材料反射衰减的计算发现，当吸收层肛配厚度为2mm时，复合材料仵0．5～18GHz频段具有较好的微波吸收性能；当碳纳水管含量为7％（质量分数，下同）时．反射衰减最大达31．5dB，反射衰减小于10dB的频览为2．2GHz。

多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料的制备及其吸附性能研究

为了探究掺杂后聚苯胺(PANI)吸附染料的性能,以有机酸、多壁碳纳米管(MWCNTs)为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂,通过原位氧化聚合法合成了多壁碳纳米管/聚苯胺(MWCNTs/PANI)纳米纤维复合材料,利用紫外-可见光分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜对其结构、组成及微观形貌进行表征。使用MWCNTs/PANI纳米纤维复合材料和PANI对刚果红溶液进行吸附实验,发现复合材料吸附效果更优异,吸附率达到95%左右。通过吸附动力学研究复合材料的吸附机理,结果表明MWCNTs/PANI纳米纤维复合材料吸附刚果红的过程符合准二级动力学模型。

碳纳米管负载FeCoNi纳米复合材料的制备及磁性研究

采用湿化学法制备了碳纳米管负载组成可控的FexCo81-xNi19纳米复合材料,用XRD、TEM、SAED和EDX等技术进行表征,并用VSM测试样品的磁性能。结果表明,FexCo81-xNi19合金以颗粒状均匀分散在碳纳米管表面;当x=21、33、46时,FeCoNi合金均为体心立方和面心立方两相共存;其磁性能与合金的组成密切相关,随着合金中Fe含量的增加,矫顽力(Hc)下降,饱和磁化强度(Ms)显著增加;当x=46时,合金的磁性能最佳。

基于浓缩天然胶乳/碳纳米管复合材料的柔性和可拉伸应变传感器

使用一种简单、低成本、可工业化的方法——将预硫化后的浓缩天然胶乳和碳纳米管(CNTs)分散液进行乳液共混-浇铸制备复合材料。重点研究了CNTs含量对复合材料电学性能、力学性能和微观结构的影响,并考察了应变传感器用于人体运动监测的情况。结果表明,复合材料的电导率最大达到56 S/m,拉断伸长率最大可达800%,并且CNTs成功以网状形式与天然橡胶形成结合体;应变传感器可以提供人体手指和手肘运动的可视化监测。

γ-Fe_2O_3/碳纳米管复合材料的化学气相法制备及磁性

利用化学气相沉积法,以二茂铁和水为原料,在碳纳米管表面包覆氧化铁纳米颗粒,制备出磁性氧化铁/碳纳米管复合材料。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)以及振动样品磁强计(VSM)对复合材料进行了表征。结果表明,包覆在碳纳米管上的是γ相Fe2O3纳米颗粒,它们均匀分布在碳纳米管表面。随着合成温度的升高,γ-Fe2O3纳米颗粒的平均粒径增大,γ-Fe2O3/碳纳米管复合材料的饱和磁化强度和矫顽力也随之增大。因此,通过简单的合成温度调节即可以实现碳纳米管复合材料纳米颗粒尺寸和磁性的控制。

聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯)/碳纳米管/羰基铁粉电致形状记忆磁性复合材料的制备

采用超声分散磁场下原位聚合的方法制备了聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯)/碳纳米管/羰基铁粉电致形状记忆磁性复合材料。采用扫描电镜(SEM)、红外热像仪和电学性能测试等方法实验表征了材料的结构与性能。结果表明,在磁场下原位聚合可使羰基铁粉沿磁场方向取向,赋予材料各向异性的导电性能和磁响应性。超声辐照能使碳纳米管均匀分散在聚合物基体中,在碳管质量分数仅为0.5%的情况下赋予材料高的导电率及优异的电响应形状记忆性能。

Sm_2O_3填充碳纳米管/磁性金属微粉双层吸波复合材料的制备与吸波性能

通过湿化学法制备了Sm2O3填充碳纳米管吸收剂，并依据传输线理论和阻抗匹配原则，设计制备了环氧树脂基Sin203填充碳纳米管／磁性金属微粉双层结构吸波复合材料．采用透射电镜、扫描电镜和X射线衍射分析对Sin2O3填充碳纳米管和磁性金属微粉的微观形貌和结构进行了分析，HP8722ES矢量网络分析仪测量了材料在2～18GHz频率范围内的吸波特性．研究表明：与未填充碳纳米管相比，Sm2O3填充碳纳米管的磁损耗正切增大，吸收频带变宽，同时吸收峰由C波段迁移到中频X波段．这种双层结构吸波复合材料具有较好的宽频带吸波效果，其匹配厚度为dm=5．0mm时，在2．8和14．2GHz处有两个吸收峰，反射率小于-10dB的频宽为0．98GHz，反射率低于-5dB的频宽达6．46GHz，在S波段均低于-5dB．

磁性Fe_3O_4/碳纳米管复合材料光催化处理刚果红染料废水

采用共沉淀法制备了一种磁性Fe3O4/CNTs(碳纳米管复合物),采用XRD、SEM、VSM等对Fe3O4/CNTs复合材料的晶相、颗粒大小和磁性能进行了表征。以刚果红染料废水处理为例,研究了不同处理工艺、催化剂投加量、溶液p H、催化剂重复使用等因素对Fe3O4/CNTs材料光催化脱色刚果红染料废水效果的影响。结果表明,当刚果红染料起始质量浓度为10 mg/L,用量为0.2 g/L,3%的H2O20.2 m L,光照50 min后,Fe3O4/CNTs对刚果红溶液的脱色率达到97.0%。催化剂重复使用第4次,对刚果红染料的脱色率仍可达87%以上。此外,Fe3O4纳米粒子的存在使Fe3O4/CNTs材料具有较强的磁性,且可通过外加磁场将其从处理后的水体中快速分离回收。