EP/MWCNTs复合材料的制备及其压阻性能

通过对环氧树脂(EP)基复合材料施加载荷并分析由此产生的电学信号的变化,是未来设备损伤自监测的一个新方向。为了实现EP基复合材料在服役过程中的损伤自监测,以多壁碳纳米管(MWCNTs)作为EP的填充材料,利用非离子型分散剂(TritonX-100)对MWCNTs进行非共价处理并将其与EP共混,同时分别将含有羟基、羧基和氨基的MWCNTs与EP共混,制得非共价处理和共价处理的EP/MWCNTs复合材料。研究了这两种处理方式对EP/MWCNTs复合材料性能的影响,并与未处理的复合材料进行了对比,同时对所制备的EP/MWCNTs复合材料进行力-电协同试验,测试复合材料的压阻性能,探索复合材料的损伤自监测潜力。结果表明,当EP掺入共价处理的MWCNTs时,MWCNTs极性基团会与EP产生化学键,可以有效改善MWCNTs和EP材料的界面结合从而提升材料的力学性能,但共价处理破坏了MWCNTs结构,导致复合材料电导率相对较低。经实验验证,当EP中掺入非共价处理的MWCNTs时,MWCNTs可以实现单束分散,且在其质量分数为0.3%时使复合材料的拉伸强度比纯EP提高6.99 MPa,电导率上升4个数量级。当非共价处理的MWCNTs质量分数达到0.7%时,复合材料具有最大的压阻灵敏度,为4.5。

Fe_2O_3/MWCNTs复合材料的制备及其NO_x气敏性能

采用沉淀法制备了Fe2O3/MWCNTs复合材料。通过X-射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试手段对所合成材料进行了表征。结果表明,合成的Fe2O3/MWCNTs复合材料均由碳纳米管与氧化铁颗粒组成,Fe2O3粒子尺寸较均匀,其颗粒大小约为5 nm。在室温条件下,Fe2O3/MWCNTs复合材料对NOx具有较好的气敏性能,当NOx浓度为9.7×10-7时,复合材料对NOx的灵敏度为6.13%,响应时间为38 s。分析其原因主要是合成材料中Fe2O3的主要相态是呈p型半导体特性的γ-Fe2O3,与吸附空气中氧气呈现出p型半导体特性的MWCNTs复合时产生倍增效应的结果。

MFe_2O_4/MWCNTs复合材料的水热法制备及微波吸收性能研究

采用水热法制备了MFe2O4/MWCNTs(M=Ni、Co、Zn)复合材料。借助X射线衍射仪、场发射扫描电镜和矢量网络分析仪对产物的结构、形貌和电磁参数进行了表征测试。根据传输线理论计算了样品吸波效果图及复合材料在不同厚度下的反射率曲线。结果表明:以纯水为反应溶剂,合成纯净且晶型较好的铁氧体材料;相同条件下,铁氧体不同对包覆情况有较大影响。3种复合样品中CoFe2O4/MWCNTs复介电常数及复磁导率实部较小且虚部较大,表现出较好的吸波性能;当厚度为1.5mm时,低于-10dB的频宽为2.5GHz,最大吸收峰值达-35dB。

多重受热历史对PLA/MWCNTs复合材料结晶和熔融行为的影响

为改善聚乳酸(PLA)的结晶性能,分别以PLA和表面包覆纳米SiO_2并接枝硅烷偶联剂的多壁碳纳米管(MWCNTs)为基体和改性剂,经溶液共混法制备PLA/MWCNTs复合材料.分别利用POM和DSC研究复合材料等温结晶、非等温结晶和冷结晶的球晶形态、结晶和熔融行为.研究结果表明:PLA/MWCNTs复合材料结晶和熔融行为强烈依赖于受热历史和改性MWCNTs含量;PLA/MWCNTs复合材料冷结晶时结晶度最高,球晶尺寸最小且熔点最低;1℃/min降温结晶时球晶尺寸最大,且熔点最高;降温速率越快,复合材料的起始结晶温度、结晶焓和结晶度越低.改性MWCNTs可作为PLA的异相成核剂,改善复合材料的结晶、熔融行为和球晶尺寸,其最佳用量为0.3%.

ZrO_2-MWCNTs复合材料的制备及ZrO_2-MWCNTs/环氧复合涂层性能研究

通过水热法将纳米ZrO_2粒子负载于多壁碳纳米管(MWCNTs)表面,成功制备出ZrO_2-MWCNTs复合材料。采用FT-IR、XRD和SEM等方法对ZrO_2-MWCNTs复合材料的结构及形貌进行了表征,结果表明:ZrO_2粒子与MWCNTs通过化学键结合,有效负载于MWCNTs表面。将复合材料通过硅烷偶联剂(KH560)改性并共混分散于环氧树脂,分别制备出1%(wt,质量分数,下同)、3%和5%的ZrO_2-MWCNTs/环氧复合涂层,通过耐磨性测试及电化学交流阻抗谱评价了复合涂层的耐磨性和耐蚀性,结果表明:ZrO_2-MWCNTs高效分散于环氧树脂中,所制备复合涂层的机械性能及耐腐蚀性能均得到改善,并在ZrO_2-MWCNTs含量为3%时达到最大。

电子辐照LDPE/MWCNTs复合材料的熔融与结晶行为

电子是空间带电粒子辐射环境的重要组成部分,会对航天用微电子器件产生严重的辐射损伤.因此,对电子器件进行有效的辐射防护至关重要,迫切需要一种轻质、高性能和低成本的辐射防护材料.富氢的聚乙烯(PE)/碳纳米管(CNTs)复合材料是富有前途的空间辐射防护材料.针对PE/CNT复合材料空间辐射防护应用的需要,系统研究低密度聚乙烯/多壁碳纳米管(LDPE/MWCNTs)复合材料电子辐照LDPE/MWCNTs的熔融与结晶行为,具有重要的学术价值与工程实际意义.本文利用差热扫描量热仪(DSC)和同步辐射X射线小角散射(SAXS)及广角衍射(WAXD),针对110 keV低能电子作用下LDPE/MWCNTs复合材料的熔融与结晶行为进行研究.结果表明,MWCNTs的添加,可使LDPE/MWCNTs复合材料在加热过程中的起始融化温度升高,而终止融化温度降低,并使冷却过程中的起始结晶温度提高,而终止结晶温度降低,结晶度增加.在融化过程中,MWCNTs可阻碍LDPE基体非晶区及晶区分子链运动,抑制LDPE基体的初始融化,在开始融化后促进融化过程;在结晶过程中,MWCNTs促进LDPE基体晶体的形成,并抑制晶体长大.110 ke V电子辐照可抑制LDPE基体的非晶区膨胀,延缓LDPE基体中片晶的初始融化;结晶过程中,110 keV电子辐照抑制LDPE基体的非晶区收缩,并抑制晶体长大.

高填充率Fe_2O_3@MWCNTs复合材料的制备

采用简单的物理吸附方法制备了高填充率氧化铁@多壁碳纳米管(Fe2O3@MWCNTs)复合材料,并经过正交实验优化获得了制备Fe2O3填充碳纳米管复合材料的最优方案。利用同步热分析仪(DSC-TG)、X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜系统(SEM)、场发射透射电子显微分析系统(TEM)等测试手段对复合材料的组分、结构、形貌和填充率进行了表征和分析。结果表明该复合材料中Fe2O3的质量分数为25.79%,TEM结果显示,视野内的大部分碳纳米管内部空腔都填充了Fe2O3,填充的空腔体积约占总空腔体积的90%。

CuO/MWCNTs复合材料降解双酚A的光催化性能

为改善氧化铜(CuO)的光催化性能,将CuO和多壁碳纳米管(MWCNTs)结合制备了CuO/MWCNTs复合材料。利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射(UV-VisDRS)分析对Nano-CuO和CuO/MWCNTs进行形貌、成分、物相结构以及光学性质等一系列的表征与性能分析,结果表明CuO/MWCNTs同时具备CuO和碳纳米管的典型结构,且光吸收性能优于Nano-CuO。在紫外光下进行的两种光催化剂对双酚A(BPA)的光催化降解试验结果显示:两种催化剂作用下BPA光降解平衡的时间一致,均为24 h,但CuO/MWCNTs作为光催化剂时的BPA降解率和反应速率明显高于Nano-CuO,其中降解率高出幅度可达14%~35%;供试范围内,两种材料对BPA的光催化降解率均随催化剂投加量的增加而升高,随pH和离子强度的增加而减小,随BPA浓度的增加呈先增加后减小的趋势,且在相同条件下CuO/MWCNTs受到的影响更大,但其光催化降解率仍远高于Nano-CuO的光催化降解率。研究表明,CuO/MWCNTs复合材料可以显著提高光催化效率及对紫外光的利用率,有效推进了CuO的光催化应用与发展。

微波法制备组成可控Cu_(1-x)Ni_x/MWCNTs复合材料及其磁性能

在不加表面活性剂的条件下,采用微波法制备碳纳米管负载组成可控的Cu1-x Nix/MWCNTs(x=0.5,0.6,0.8)纳米复合材料,其结构和形貌通过XRD,TEM,SEM,EDX,FT-IR等技术进行表征,用VSM测试了材料的磁性能。结果表明:组成可控近似球形的Cu1-x Nix合金纳米粒子均匀地负载在碳纳米管表面;Cu1-x Nix合金为面心立方结构,当Ni含量增加时合金的晶格常数和粒径都逐渐减小;随着铜镍合金中Ni含量的增加,Cu1-x Nix/MWCNTs复合材料的饱和磁化强度(Ms)增大,矫顽力(Hc)减小。另外,探讨了纳米复合材料的形成机理。

对特辛基苯酚在Cu-MOF/MWCNTs复合材料修饰电极上的电化学行为

应用溶剂热法分别合成了Cu-MOF与MWCNTs,然后制备Cu-MOF/MWCNTs复合材料。将制备得到的Cu-MOF/MWCNTs复合材料滴涂到电极表面,采用循环伏安法(CV)探究对特辛基苯酚(POP)在Cu-MOF/MWCNTs修饰电极上的电化学行为。实验结果表明,用Cu-MOF/MWCNTs修饰的电极对POP有明显的电催化活性,POP在该电极上的反应受吸附控制,其氧化峰电流与POP的浓度在1~50μmol/L区间内有良好的线性关系,ΔI=-7.96582-0.89821C(R2=0.9971),方法检出限(S/N=3)为9.51×10^(-7)mol/L。用该分析方法检测一次性聚苯乙烯塑料餐盒的样品,POP加标平均回收率为98.9%~100.4%,测定值的相对标准偏差(n=6)为3.02%~4.00%。

片层状VS_(2)/MWCNTs复合材料的制备及微波吸收性能研究

电磁波给人体和电子设备带来的危害已经成为信息时代亟待解决的问题,开发具有组分协同作用的微波吸收材料可以成为有效应对方案。通过水热法制备了片层状VS_(2)/MWCNTs复合材料。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱和矢量网络分析仪对VS_(2)/MWCNTs复合材料进行了表征。研究了VS_(2)/MWCNTs复合材料的微观结构以及MWCNTs的添加量对复合材料微波吸收性能的影响。结果表明:MWCNTs的添加量为35 mg时,VS_(2)/MWCNTs复合材料最小反射损耗值为-66.37 dB,并且组分协同作用可以对材料的电磁参数进行调节。本工作丰富了二硫化钒基复合功能材料在微波吸收领域的运用。

不同配比下MWCNTs和H-BN改性PVB新型复合材料导热特性分析

采用溶液共混法制备了以多壁碳纳米管(MWCNTs)、六方氮化硼(H-BN)为填料,以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为基底的新型复合材料,通过瞬态电热技术研究了不同填料配比、不同环境温度下复合材料的导热性能。实验结果表明,随着环境温度从290K降低到10K,复合材料的热导率逐渐降低;复合材料的热导率随着MWCNTs含量的增加先增大后减小,且当MWCNTs和H-BN的质量分数比例为5∶5时导热系数达到最大值,是纯PVB的两倍。

MWCNTs/PEI杂化纳米纤维膜用于增韧液体成型CF/EP复合材料研究

为了研究不同浓度碳纳米管含量的多壁碳纳米管/聚醚酰亚胺(MWCNTs/PEI)杂化纳米纤维膜对于液体成型环氧树脂碳纤维复合材料的影响,本文制备了液体成型环氧树脂碳纤维复合材料进行实验。通过静电纺丝法制备碳纳米管/聚醚酰亚胺杂化纳米纤维膜,系统研究碳纳米管含量对碳纤维/环氧树脂复合材料层间韧性和面内力学性能的影响,并分析性能与层间多级微观结构的关联机制。研究发现,适应VARI工艺的碳纳米管/聚醚酰亚胺杂化纳米纤维膜使复合材料I型层间断裂韧性得到改善。这可能与碳纳米管/聚醚酰亚胺杂化纳米纤维膜中聚醚酰亚胺通过原位溶解和固化诱导相分离在层间区域形成PEI相分离微球以及碳纳米管的起到钉扎,锚固效应和裂纹尖端分叉机制吸收更多的能量的作用,同时提高层间裂纹扩展阻力和改善层间树脂基体载荷转移能力的作用有关。

MWCNTs/ZIF-67复合材料的制备及其催化性能研究

通过简便、经济的方法合成了MWCNTs/ZIF-67复合材料,并运用SEM、TEM、XRD、XPS等技术手段对该复合材料进行了表征。为了评估MWCNTs/ZIF-67催化剂的催化活性,在NaBH_(4)存在下进行了对硝基苯酚(4-NP)的还原实验。结果表明,MWCNTs/ZIF-67催化剂具有很好的催化性能,在6min内对4-NP的催化效率高达99.82%,表观速率系数达到0.4973min^(-1)。此外,该材料可以通过磁铁从水溶液中收集,便于回收和再利用。且经过5次循环后,复合材料的催化活性仍很高,表明该复合材料有较好的稳定性,可以作为去除环境污染物的新型催化材料。

α-MnO_(2)/MWCNTs复合材料的制备及其电催化氧还原性能研究

欠佳的氧还原活性和较差的电子传输能力严重限制了MnO_(2)材料在电催化氧还原反应(ORR)领域中的应用。以多壁碳纳米管(MWCNTs)作为导电载体,采用简单、绿色的两步法成功制备了一种α-MnO_(2)/MWCNTs复合材料,该复合材料展现出了较好的ORR电催化活性,其半波电位和极限电流密度分别达到0.72 V和-5.20 mA·cm^(-2),以4电子转移为主,同时该复合材料还展现出比商业Pt/C催化剂更好的长期稳定性,这主要归因于高导电性MWCNTs的引入以及α-MnO_(2)/MWCNTs独特的三维交织网络结构,为氧化锰基ORR电催化剂的设计提供了一种简便、价廉易得的合成策略,对非贵金属材料在电化学能量转换和存储装置大规模商业化中的应用起到推动作用。

基于CMWCNT/Nafion的增强型离子聚合物金属复合材料的制备及致动性能

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电活性材料,具有体积小、质量轻、驱动电压低等优点,但驱动力小、稳定工作时间短等问题限制着其柔性致动性能。提出了一种基于银基IPMC的增强型致动器,通过在IPMC的基底聚合物中掺杂羧基化多壁碳纳米管(CMWCNT),来提高IPMC的整体机械性能和致动性能。其中,掺杂质量分数0.5%CMWCNT的IPMC的最大尖端位移和驱动力分别增加至未优化银基IPMC的1.60倍与2.32倍,该性能的提升归因于CMWCNT良好的导电性和羧基对水合阳离子迁移的加速作用。与未优化的银基IPMC相比,掺杂质量分数0.5%CMWCNT时IPMC驱动速率可提升至3.57倍。研究结果可为IPMC在各领域的应用发展提供参考。

PTFE原位成纤对PP/MWCNTs/PTFE复合材料发泡性能和力学性能的影响

采用共混造粒和微孔发泡注塑成型工艺,制备了聚四氟乙烯(PTFE)原位成纤增强的聚丙烯/多壁碳纳米管/聚四氟乙烯(PP/MWCNTs/PTFE)微孔复合材料,并对其结晶、流变、微孔发泡和力学性能进行了测试和表征。结果表明:与不加PTFE的PP/MWCNTs复合材料相比,PTFE的加入可以提高PP/MWCNTs/PTFE复合材料的结晶度,增大储能模量,降低损耗因子;PTFE的加入可以改善PP/MWCNTs/PTFE复合材料的泡孔结构,使泡孔密度增大,泡孔直径减小;相比PP/MWCNTs复合材料,当PFTE的加入量为1%(质量分数)时,PP/MWCNTs/PTFE复合材料的断裂伸长率提高了67.5%,抗拉强度提高了21.1%,杨氏模量提高了12.5%。

PSF/BaTiO_(3)/MWCNT复合材料电介质性能研究

采用物理分散乳化法技术,将BaTiO_(3)和碳纳米管(MWCNT)分散在聚砜(PSF)中,通过改变MWCNT的含量,制备了一系列PSF/BaTiO_(3)/MWCNT的复合材料。结果发现,乳液中的BaTiO_(3)和MWCNT通过薄层结构被PSF树脂均匀地包覆,具有良好的分散性和稳定性。另外,制备的PSF/BaTiO_(3)/MWCNT复合材料具有较高而且稳定的玻璃化转变温度(T_(g)=185℃)和初始热分解温度(T_(5%)=474℃)。2.5%MWCNT质量分数的PSF/BaTiO_(3)/MWCNT复合材料在1 MHz时的介电常数提高了104%,达到14.5;但介电损耗仍低于0.06;所有复合材料在25~185℃具有稳定的介电性能。

增强体表面改性在高导热金属基复合材料中的应用

随着电子技术的高速发展和电子器件的更新换代,电子封装材料的性能需求越来越高。金属基复合材料,尤其是铝基和铜基复合材料具有高导热、低膨胀、高稳定性等特点,是具有广阔应用前景的电子封装材料。然而,金刚石、石墨烯、硅等增强体与基体的润湿性差,或者在高温下与基体发生有害的界面反应,限制了此类高导热金属基复合材料的开发和应用。本文简述了金属基复合材料的界面研究进展,结合影响金属基复合材料界面结合的因素,提出了几种改善界面结合的方法。增强体表面改性是改善金属基复合材料界面的重要途径之一,常用工艺有磁控溅射法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、化学镀法等;最后,对增强体表面改性在高热导金属基复合材料中的应用进行分析和展望。

具有宽带微波吸收性能的MWCNTs/SiC纳米复合材料的点击化学法制备及性能研究

多壁碳纳米管/碳化硅(MWCNTs/SiC)纳米复合材料,以电阻型微波吸收剂MWCNTs为基体材料,电介质型微波吸收剂碳化硅作为损耗介质通过点击反应制备。采用XRD,IR,XPS,TG,SEM,矢量网络分析仪进行该复合材料的结构表征和微波吸收性能测试。此外还探讨了不同投料比,对复合材料的微波吸收性能的影响。实验结果表明:MWCNTs/SiC二元纳米复合材料由点击法成功制备;当投料的质量比MWCNTs:SiC=1∶1时,MWCNTs/SiC二元纳米复合材料在2.0 mm的厚度下,其最小反射损耗(RLmin)达到了-44.96 dB,在1.5 mm的超薄厚度下有效吸收的最宽带宽(RL<-10 dB)达到5.04 GHz(从12.66~17.93 GHz,覆盖了Ku波段的87.8%);此外,MWCNTs/SiC二元纳米复合材料可以在整个X波段有效吸收电磁波,厚度范围为2.0~2.5 mm。并且,通过调整吸收层的厚度,几乎可以有效覆盖所有的C、X和Ku波段。MWCNTs和SiC之间通过点击反应以共价键连接,分子内部形成导电通道,产生足够的载流子,在外加电场的作用下产生感应电流,也可以衰减电磁波,从而增强对电磁波能量的消耗。