碳纳米管/聚合物复合材料制备方法
原位聚合法 溶液复合法 熔体复合法
原位聚合法
Polyetherimide / CNT (1 wt%) composite prepared by in-situ polymerization.
Liu T.X., Tong Y.J., Zhang W.D. Compos. Sci. Technol. 2007, 67(3-4), 406-412.
Preparation and Mechanical Properties of Chitosan/Carbon Nanotubes Composites
Shao-Feng Wang, Lu Shen, Wei-De Zhang, and Yue-Jin Tong Biomacromolecules 2006, 7, 1280-1284
在聚合物纳米复合材料研究中的应用
在聚合物/clay纳米复合材料研究中的应用
在聚合物/Carbon nanotubes纳米复合材料研 究中的应用
History
1991年，日本电子公司（NEC） 的饭岛澄男博士在用电子显微镜观 察石墨电极直流放电的产物时，发 现一种新的碳结构——碳纳米管 （Carbon Nanotubes, CNTs）， 自此开辟了碳科学发展的新篇章， 也把人们带入了纳米科技的新时代。
Nylon 6 (PA6)
SEM showing homogeneous dispersion of MWNTs (1 wt%) throughout PA6 matrix
Zhang W. D., Shen L., Phang I. Y., Liu T. X. Macromolecules 2004, 37, 256-259.
Exponential Increase
Ajayan P. M., et al. Science 1994, 265 (5176), 1212-1214.
Perspective article: Polymer Nanocomposites Containing Carbon Nanotubes. M. Moniruzzaman, K. I. Winey. Macromolecules 2006, 39(16), 5194-5205.
溶液复合法
Optical microscopy images of chitosan（壳聚糖）/MWNTs nanocomposite films containing 0.8 and 2.0 wt % MWNTs.
熔体复合法
Melt compounding using twin-screw mixer
碳纳米管的制备
• 电弧放电法 • 激光法 • 化学气相沉积法（CVD） • 流化床反应器
碳纳米管的独特性能
• 纳米尺寸的微结构 • 超高的力学性能 • 特殊的电学性质 • 热稳定性
复合材料理想的填充物
超高的力学性能
Materials
Steel Diamond Carbon Fibers CNTs
什么是碳纳米管？
碳纳米管是一种具有特殊 结构（径向尺寸为纳米量级， 轴向尺寸为微米量级、两端 基本上都封口）的一维量子 材料。它主要由呈六边形排 列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。层与层之间 保持固定的距离，约为 0.34nm，直径一般为2～ 2Onm。
碳纳米管的分类
(Iijima & Bethune 1993)
Highlighted by Materials Today as a Research News: Materials Today, 2004, 7(4), p.9. Title: “Blending Provides Benefits”
碳纳米管/聚合物复合材料
关键问题 碳纳米管在聚合物基体中的分散性和界面黏
Introduction
甲壳素是一种丰富的天然生物有机高聚物。壳 聚糖是一种甲壳素脱乙酰基后的产物。化学名
为β-1，4，2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，是由
大部分的D-氨基葡萄糖和少量的N-乙酰-D-氨
基葡萄糖，以β-1，4糖苷键连起来的直链多糖。
Experimental Section
Preparation of Materials Chitosan of high molecular weight (Mv average molecular weight =182 500 g·mol-1) MWNTs (CVD): Co-Mo/MgO catalysts
结强度。
解决途径 碳纳米管的预处理 调控碳纳米管在聚合物基体中的百分含量
碳纳米管的预处理
• 超声分散 • 碳纳米管的化学修饰
混（单）酸回流 接枝
Functionalization of MWNTs
Functionalization of MWNTs
Main Purposes:
(1) To improve solubility (2) To enhance compatibility with matrices
(Iijima 1991)
Single-wall nanotubes (left) and Multi-wall nanotubes (right) (from Thomas Swan Company)
Morphology
(a)
(b)
SEM (a) and TEM (b) microphotographs of MWCNT.
Typical TEM image illustrating the graphitic layer structure of a MWNT with curvature and defects on one side of the CNTs at
higher magnification.
研究实例
Elastic Modulus (MPa)
2 105 106 8 105 n 106 (n 1)
ห้องสมุดไป่ตู้
碳纳米管的应用
1.碳纳米管/聚合物复合材料
增强材料 功能材料
2.电子器件 3.热学应用 4.储氢材料
Number of journal articles and the issued and pending patents on CNTs and CNT-based polymer composites as a function of year