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。

负载CNT@ZnO的CNT/PAN复合纤维膜的制备与表征

以碳纳米管(CNT)为催化剂载体,利用化学沉淀法合成氧化锌/碳纳米管(CNT@ZnO)复合纳米粒子。CNT作为光敏化剂被可见光照射时会产生光生电子-空穴对,经过CNT网络传输,CNT导带上的电子被注入到ZnO的导带上,从而实现光生电子-空穴对的有效分离,对染料有稳定的光催化效果。通过组装将复合纳米粒子稳定沉积在静电纺CNT/PAN复合纤维膜表面,制备功能性复合纤维膜。结果表明,改性复合纤维膜具有极佳的亲水性,拉伸强度明显增强,对阴、阳离子染料均具有良好的光催化效果。

纳米纤维对钢纤维-UHPC基体界面黏结性能的影响

研究了钢纤维(SF)埋置深度(5、10、15、20 mm)、碳纳米管(CNTs)掺量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%)、碳酸钙晶须(CAS)掺量(1%、2%、3%、4%)对SF-UHPC基体界面黏结性能的影响,并进行了微观机理分析。结果表明:随着SF埋置深度的增加,拉拔峰值荷载和SF-UHPC基体的拉拔能均呈增大趋势,但界面黏结强度呈降低趋势;CNTs的掺入虽降低了SF-UHPC基体的拉拔能,但适量CNTs可提升拉拔峰值荷载和SF-UHPC基体的界面黏结强度;掺入适量CAS可显著改善SF-UHPC基体的界面黏结性能;相较于CNTs,CAS对SF-UHPC基体界面黏结性能改善效果相对更好。

碳纤维-碳纳米管增强相的构筑及其三相复合材料力学性能

利用化学接枝的方法成功将碳纳米管(CNT)-聚醚酰亚胺(PEI)接枝到碳纤维(CF)表面,构筑CF-g-CNT增强相。结果表明,CF-g-CNT纤维的构筑可以有效地改善复合材料的界面、抗冲击和弯曲性能。考虑增强相对复合材料力学性能的影响,与双马来酰亚胺(BMI)复合后形成的CF-g-CNT/BMI复合材料的界面剪切强度、冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别较CF/BMI提高48.8%,10.8%,5.2%和14.6%;CF-g-CNT/BMI-PEI-CNT复合材料的界面剪切强度、冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别较CF/BMI-PEI-CNT提高56.9%,27.1%,12.5%和16.1%。综合考虑基体相和增强相对复合材料力学性能的影响,CF-g-CNT/BMI-PEI-CNT复合材料的界面剪切强度、冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别较CF/BMI提高57.7%,33.7%,20.0%和23.7%。CF-g-CNT中CNT-PEI可以有效地改变复合材料界面构成,改变界面处水平应力和垂直应力的扩展路径,有效避免应力集中,进而提高复合材料的力学性能。

氮掺杂碳纳米管增强中空纤维液相微萃取-高效液相色谱法测定生物样本中溴系阻燃剂

该文建立了氮掺杂碳纳米管(N-CNTs)增强中空纤维液相微萃取(HF-LPME)结合高效液相色谱(HPLC)同时检测生物样品中四溴双酚A(TBBPA)和十溴二苯醚(BDE209)的分析方法。分别以15μL甲苯-正辛醇(1∶1,体积比)和甲苯-乙酸乙酯(1∶1,体积比)有机溶剂对血清和尿样在常温下萃取10 min,在萃取过程中,中空纤维膜排阻样品中蛋白质,避免了大分子物质的干扰。目标化合物经Kjnetex EVO C_(18)(2.1 mm×150 mm,5μm)色谱柱分离,以水和乙腈为流动相进行梯度洗脱。考察了不同萃取溶剂、提取时间、氮掺杂碳纳米管用量、样品pH值、搅拌速率、NaCl浓度和解吸溶剂种类对目标化合物萃取效率的影响。结果表明,在最佳条件下,TBBPA和BDE209分别在2~200 ng/mL和10~200 ng/mL范围内具有良好的线性关系,相关系数(r^(2))不小于0.995,检出限分别为0.375 ng/mL和2.8 ng/mL,定量下限分别为9.4 ng/mL和1.25 ng/mL。在3个加标水平下,目标分析物的回收率为84.5%~114%,相对标准偏差为1.4%~7.5%。该方法在富集TBBPA和BDE209的同时可去除生物样品中的蛋白质,方法简单、快速、灵敏度高、重复性好、绿色环保,适用于复杂基质中TBBPA和BDE209的检测。

碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土力学性能研究

碳纳米管-碳纤维复合增强体(CNTs-CF)是一种在碳纤维(CF)表面引入碳纳米管(CNTs)构筑而成的新型纤维材料。按照利用CNTs-CF作为跨尺度增强组分对混凝土进行改性的思路,制备出五种CNTs-CF体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)的碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土(CCMC),测试了CCMC的抗压强度、抗折强度、折压比(抗折强度与抗压强度的比值)及破坏形态等性能指标,进而结合扫描电镜(SEM)图像,分析了CNTs-CF对混凝土基本力学性能的增效机理。结果表明:掺加适量的CNTs-CF有利于混凝土抗压强度和抗折强度的提升,并且CNTs-CF在混凝土基体中的体积掺量存在相对最佳值。与未配置CNTs-CF的普通混凝土相比,当CNTs-CF体积掺量为0.3%时,CCMC的抗压强度提高了8.79%,抗折强度提高了27.76%。在本试验的纤维掺量范围内,CCMC的折压比随CNTs-CF体积掺量的增加呈现出递增趋势,提高幅度为8.47%~19.16%。掺入CNTs-CF后,混凝土的脆性破坏特征有所减弱,在受荷失效时,其仍可保持较好的完整性,坏而不散、裂而不断。CNTs-CF的表面粗糙程度和比表面积显著增大,较CF表现出更加优越的强韧化效应,构成CNTs-CF的CNTs和CF可分别在纳米、微米层级上发挥各自的改性优势,同时又可相互协同、互为补充,改善混凝土材料的微观结构,从而对其力学性能进行有效强化。

工业设计用碳纤维与环氧树脂材料的接枝改性研究

基于工业设计用碳纤维的表面改性需求,分别对碳纤维进行了接枝CNT—COOH和接枝CNH-NH2的表面改性处理,对比分析了改性前后碳纤维的结构、显微形貌和界面剪切性能。结果表明,CNT—COOH和CNH—NH2都成功接枝到碳纤维表面,相较于接枝CNH—NH2碳纤维,接枝CNT—COOH碳纤维表面CNTs分布更加均匀,接枝CNT—COOH碳纤维和接枝CNH—NH2碳纤维的接触角都小于未改性碳纤维,接枝CNT—COOH碳纤维具有最小的接触角和最大的表面能。接枝CNT—COOH和接枝CNH—NH2碳纤维的界面剪切强度都高于未改性碳纤维,二者的界面剪切强度分别为83.2、89.4 MPa,断裂模式为混合断裂。

吸波材料的研究进展

主要阐述了隐身材料研究的重要性,综述了其研究现状并重点介绍了碳纳米管吸波材料、碳纤维吸波材料、SiC纤维吸波材料以及等离子体吸波材料,简要概述了其它吸波材料的研究进展,最后展望了隐身材料的发展方向。

碳纤维-碳纳米管复合导电纸的制备及电磁屏蔽性能研究

研究了以碳纳米管（CNTs）和碳纤维（CF）作为复合导电剂的导电纸。通过高速剪切的方法将分散好的导电剂和纸浆纤维素在水溶液中复合,经真空抽滤法沉积得到导电纸。纤维状的导电剂与纸浆纤维搭建成三维导电网络,表现出了良好的柔韧性、导电性和电磁屏蔽性能。采用扫描电子显微镜、四探针电阻仪、矢量网络分析仪对其进行表征。研究表明,当碳纤维和碳纳米管以1∶1比例添加作为复合导电剂时,碳纤维-碳纳米管复合纸的导电性能和电磁屏蔽性能较碳纤维或碳纳米管单一导电剂提高明显。复合导电纸的电导率达到280.1 S/m,在175-1600MHz频段电磁屏蔽效能达到37-44 d B,较碳纤维纸提高2 d B,较碳纳米管纸提高10 d B。

碳纤维吸波材料的研究进展

通过对碳纤维在复合材料中吸波性能的研究,得出通过控制碳纤维的长度和含量,以及采用化学掺杂或异型截面是得到频带宽、厚度薄、质量轻、吸收强结构吸波材料的有效方法,同时大力开展螺旋碳纤维和碳纳米管的研究是加快进展的新方向。

碳纤维/碳纳米管增强基体多尺度混杂复合材料的研究现状和趋势

碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)具有非常优异的刚度和强度。CNT增强基体的传统连续纤维多尺度混杂复合材料既具有优良的纤维主导力学性能又有好的基体主导力学性能,具有广泛的应用前景。综述了国内外在碳纳米管增强基体的多尺度混杂复合材料力学性能,制备和数值模拟等方面的最新研究进展。提出了进一步研究需要解决的两个关键问题:(1)量化CNT对传统复合材料的增强效果;(2)阐明CNT对多尺度混杂复合材料的增强机制,并提出了相应的研究手段。

复合碳纳米管纸制备及作为锂离子电池负极的研究

研究了一种由碳纳米管和纸纤维制备的新型导电纸。以纸纤维为基本骨架,碳纳米管为导电填充剂,通过真空抽滤法制备导电纸,对比了石墨化碳纳米管和未石墨化碳纳米管分别作为导电填料导电纸的性能。通过扫描电子显微镜、透射电镜、四探针电阻仪、XRD衍射、Raman光谱等进行性能表征。导电纸裁切为负极极片并组装成半电池,通过CT-3008W-5V5m A-S4电池放电柜检测电池电化学性能。研究表明:碳纳米管经高温石墨化处理后作为负极,在0.1 C条件下电池稳定放电比容量为266 m Ah/g,相比于改性前的142 m Ah/g,提高了87.3%。

连续玄武岩纤维平纹布增强碳纳米管改性酚醛树脂复合材料的研究

采用碳纳米管(CNTs)对S-157树脂基体进行改性,同时研究了不同分散工艺和CNTs质量分数(质量含量)对复合材料力学性能和烧蚀性能的影响。研究结果表明:使用CNTs对S-157酚醛树脂进行改性,采用球磨分散和超声分散相结合的分散工艺,可以明显提高CNTs/CBFTC/S-157PR复合材料的力学性能,但其烧蚀性能略有降低;当CNTs质量分数为0.5%时,CNTs/CBFTC/S-157PR的弯曲强度和压缩强度最大;当CNTs质量分数为1.5%时,CNTs/CBFTC/S-157PR的拉伸强度最大。

表面修饰碳纳米管对玻璃纤维及复合材料的性能影响

玻璃纤维因良好的力学性能被广泛应用于增强复合材料,而玻璃纤维与树脂基体的界面是影响复合材料性能的关键因素之一。实验中将碳纳米管(CNTs)改性后均匀地分散到浸润剂中,利用玻璃纤维在线成型工艺直接涂覆到玻璃纤维表面并制备复合材料。通过力学性能测试和显微形貌分析,结果表明CNTs能较好地分散于浸润剂和玻璃纤维表面,发现0.5%(质量分数)CNTs可以显著提高玻璃纤维的拉伸强度,并能显著改善纤维和基体的结合强度,从而提高复合材料的强度。

具有压力传感性能的碳纳米管接枝亚麻织物

马来酸酐(MAH)与亚麻纤维(LF)C_(6)-OH发生酯化反应制得了含有羧基的LF(LF-g-MAH),LF-g-MAH与羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)的羟基发生酯化反应,得到了碳纳米管(CNTs)接枝的LF-g-MAH(记为LF-g-MAH-MWCNTs)。用FTIR、XRD、SEM、EDX对LF-g-MAH-MWCNTs进行了表征,使用氧指数测定仪、微机电子万能试验机和四探针测试仪测试了其燃烧性能、力学性能、导电性和压力传感性。结果表明,CNTs的接枝对LF结晶性能、表面形态、燃烧性能、力学性能均没有明显影响,却使不导电的LF具有导电性和稳定灵敏的压力传感性能。手指按压即能使该传感器产生1.0~1.5 kΩ的电阻变化,体重分别为60和80 kg的测试者踩压能产生70和10 kΩ的电阻变化。

新型高新技术纤维及其制品

介绍了12种新型高新技术纤维及其制品,包括聚酰胺56、聚乙烯-聚丙烯芯鞘型复合纤维、Tencel C、乙烯-乙烯醇共聚超细纤维非织造布、空气净化服、热调节纤维、抗熔体纺织品、聚丙烯熔喷纳米纤维非织造布、碱性硫酸镁纤维、塑料/石英光纤、磁性PAN基碳纤维、PAN/碳纳米管复合纤维及其碳纤维。这些新型纤维及其制品的研发思路值得我国科技工作者借鉴。

Ti+CNTs强化NiAl基复合材料的微观组织与性能

以Ni、Al、Ti以及碳纳米管(CNTs)为原料,采用自蔓延高温合成(SHS)方法制备出含CNTs-TiC增强相的NiAl基复合材料;分析复合材料的物相组成、微观结构及成分分布,并探讨微观组织的形成机制。结果表明:合成产物主要为NiAl和TiC及少量未反应的CNTs;在Ni+Al体系中加入少量Ti+CNTs时,CNTs作为碳源和形核中心与Ti原子结合生成TiC颗粒,在CNTs周围形成尺寸细小的TiC颗粒或TiC薄层,当加入的Ti+CNTs含量增加时,TiC颗粒充分长大,呈现八面体或立方体形态,一部分弥散分布在NiAl基体中,一部分在NiAl晶界处团聚;随着Ti+CNTs的加入,NiAl晶粒得到显著细化,原位合成的TiC颗粒增强了复合材料的显微硬度和抗压强度,CNTs作为增强纤维,通过裂纹桥联及纤维拔出等机制强化材料的断裂韧性,CNTs-TiC的复合强化对材料起到增强增韧作用。

用于硝酸根浓度测量的反射式光纤SPR传感器

提出一种反射式光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)传感器用来测量硝酸根浓度.传感器采用反射式结构,并利用金膜来激发SPR.制备铜纳米粒子/碳纳米管(copper-nanoparticles/carbon-nanotube, Cu-NPs/CNT)膜作为硝酸根浓度测量的敏感膜.当溶液中硝酸根浓度发生变化时,吸附在CNT上的由铜催化产生的氨气的浓度也会随之改变,导致CNT折射率发生改变,从而使SPR谐振波谷发生移动,进而实现硝酸根浓度测量.实验结果显示该传感器在低浓度区间内的平均灵敏度达到了 14.14 nm/lg[ c /(mol · L^-1)].这种传感器易于封装,可以应用于远距离测量,将在生物化学参量测量方面有着潜在应用.

国外功能纤维近期动向

简述了2011年特别是下半年国外某些功能纤维的新发展。在纳米纤维和碳纳米管方面,介绍了7家公司和大学的新技术、新产品和新设备。在新型功能纤维制品方面,介绍了永无病毒纺织品、抗病毒炭布、可穿着水下传感器、吸热性能智能纤维、热敏绷带和新型导电纤维。在功能性非织造布方面,介绍了熔喷法超细纤维、超吸水纤维和隔热透光纤维。最后介绍日本3家中空纤维分离膜公司来华兴建合资企业情况。

基于碳基纤维的柔性超级电容器

随着轻质、柔性、甚至可穿戴电子设备的快速发展,为其提供能源的储能系统也需要向柔性和高效方向发展。其中,纤维状柔性超级电容器由于具有高的功率密度、快的充放电速率、较好的柔性和可编织性、质轻、成本低及环境友好等优点而被认为是最有前途的候选者之一。碳材料具有优良的导电性、较高的比表面积、良好的耐腐蚀性和较低的密度,在常规超级电容器的发展过程中起到了不可替代的作用。同时,柔性超级电容器的快速发展也得益于碳材料研究的不断进步。因此,基于碳基纤维的超级电容器得到了越来越多的关注和广泛的研究。主要综述了基于碳基纤维(包括碳纤维、碳纳米管纤维和石墨烯纤维)柔性超级电容器的研究进展,重点对国内外的一些代表性研究工作进行了介绍和探讨。最后,提出了碳基纤维超级电容器研究过程中存在的问题并对未来的研究方向与发展趋势进行了预测和展望。