碳纳米管阵列的可控生长及应用

取向阵列结构是碳纳米管聚集体中的一种重要形式,可以通过化学气相沉积(CVD)技术可控制备,是实现碳纳米管结构与性能从微观向宏观跨越的重要桥梁.本文综述了近期碳纳米管阵列(包括水平阵列和垂直阵列)的制备技术进展,以及它们在纳电子器件、高性能纤维、功能薄膜与器件、能源存储等领域的应用现状,并对碳纳米管阵列制备与应用仍然面临的一些关键问题以及未来潜在的发展方向进行了分析和展望.     

碳纳米管填充聚合物基导热复合材料的研究进展

电子器件的集成度不断提高,对相关的热管理系统提出了更高的要求.高导热材料在热管理领域起着重要的作用.高分子聚合物因其轻质、廉价、良好的绝缘性和加工性,已成为制备导热材料的热门选择.在聚合物中填充高导热的无机填料是提高导热性能的有效手段.碳纳米管是一种具有一维管状结构和优异热学性能的碳纳米材料,在填充型导热复合材料中具有广阔的应用前景.本文综述了以碳纳米管为导热填料提升聚合物基复合材料导热性能的可行措施,分析了碳纳米管的本征结构以及在聚合物基体中的分布状态对复合材料导热性能的影响.最后,总结了碳纳米管填充聚合物基复合材料研究中仍需解决的关键问题,并提出了未来研究方向.     

碳纳米管/碳纤维跨尺度界面增强体系构建的研究进展

伴随着国防工业、先进装备制造等领域的不断发展,人们对复合材料的应用要求不断提高.碳纤维增强复合材料因其具备高强度、轻量化、长寿命的特点,与该领域材料的使用要求产生了高度适配.但在实际应用过程中,碳纤维惰性表面与聚合物基体间的弱界面结合严重影响了复合材料优异性能的充分发挥.构建微尺度、多维度碳纳米管/碳纤维界面增强体系被认为是提高相间结合能力的有效技术手段.本文综述了化学气相沉积、电泳沉积、化学接枝、浸涂喷涂4种较为成功的构建路线,讨论了碳纳米管在碳纤维表面的差异化微观沉积形貌所对应的不同界面增强机理,探讨了界面增强体系对复合材料综合性能的影响,并对该体系未来的构建和研究方向进行了展望.     

碳纳米管在热管理材料中的应用

碳纳米管由于具有优异的导热、导电和机械性能,为开发多功能导热材料提供了技术支持.本文综述了近年来碳纳米管在热管理材料领域的研究现状,探讨了碳纳米管在改性导热填料、各向异性碳纳米管薄膜导热膜材料以及复合热界面材料的研究与应用现状,并提出高密度、高取向碳纳米管薄膜及大管径碳纳米管阵列复合薄膜材料有望成为解决未来高频、高速器件、柔性器件等散热问题的优良材料体系之一.     

纳米炭/环氧树脂复合材料黏弹阻尼性能

碳纳米管和石墨烯作为近年来兴起的新型纳米炭材料,以其独特的一维/二维结构形态和卓越的物理性能已引起人们广泛关注.将纳米炭材料与环氧树脂进行复合制得纳米炭/环氧树脂复合材料,可以赋予材料更为优异的力学、电学、热学等综合性能.纳米炭材料的加入可以在复合材料内部引入更多的界面,造成显著的能量耗散,从而使得纳米复合材料在具有轻质高强特性的同时,兼具优异的黏弹阻尼性能,对于延长材料使用寿命、提高材料减震降噪性能等方面具有极为重要的意义.本文主要论述了纳米炭/环氧树脂复合材料的黏弹阻尼性能以及近期的相关研究进展,重点阐述碳纳米管、石墨烯及其复合材料的阻尼作用机理,介绍了纳米复合材料黏弹阻尼性能的测试方法,指出纳米炭/环氧树脂阻尼复合材料领域存在的主要问题,并对其应用前景进行了展望.     

pH响应性聚合物功能化的多壁碳纳米管

通过原子转移自由基聚合法(ATRP), 应用表面含有活性基团的碳纳米管(MWNT-Br)引发单体甲基丙烯酸-2-(N, N-二乙氨基)乙酯的聚合, 得到聚合物包裹的碳纳米管(MWNT-PDEAEMA). 透射电子显微镜照片显示产物具有核-壳结构. 紫外可见光谱及原子力显微镜分析表明产物具有明显的pH响应性, 在pH值约为 7 的时候溶解性显著降低. 由于碳纳米管表面有高密度的聚合物, 其与甲基丙烯酸-2-(N, N-二乙氨基)乙酯的均聚物相比更容易聚集, 对pH值更加敏感.     

电晕放电等离子体增强化学气相沉积合成碳纳米管阵列

发展了具有常压、低温特点的电晕放电等离子体增强化学气相沉积合成碳纳米管阵列的技术路线. 以甲烷和氢气为原料, 在含钴多孔阳极氧化铝模板中合成了碳纳米管阵列. 扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量弥散X射线谱(EDS)和拉曼光谱(Raman)分析表明, 该阵列由直径约40 nm的碳纳米管构成, 长度大于4 mm. 碳纳米管主要限制生长在模板孔道中.     

单/双壁碳纳米管-层状金属氧化物片层交织结构的三维纳米复合材料

将一维的碳纳米管与二维的片层材料组合形成多级有序的三维纳米结构材料, 可获得许多奇特的新性能. 目前将碳纳米管分散在基体中形成了多种复合材料, 发现其力学、电学、磁学、热学以及输运性能都呈现了显著的增强, 但是在基体中均匀地分散碳纳米管往往是材料组装过程中的核心问题. 发展有效可控的一维/二维材料有序组装方法是获得高性能材料的关键. 碳纳米管生长结束后, 在表面活性剂、生物大分子辅助下超声、剪切、搅拌等是其分散常用的方法. 如果能利用碳纳米管生长过程中借助特殊结构的催化剂及工艺对碳纳米管的排列及分散进行原位控制, 这样就有望一步获得碳纳米管高度分散、多级有序、高性能的三维纳米复合材料. .....     

简单溶液法组装碳纳米管三维垂直网络构架

通过溶液法成功地组装了三维碳纳米管网络状结构, 这些纳米结构在局部范围内较有 序, 相互之间纵横交错且交叉角在90°附近. 其中, 三维碳纳米管网络状结构连接的节点稳定而且与各个连接的纳米管相通, 这将拓展碳纳米管网络状结构的应用, 如导电和物质输运等. 进一步的研究发现, 三维碳纳米管网络状结构和三维碳纳米管网络状结构/银复合材料可用作检测氨气的气敏性. 该溶液相组装碳纳米管的技术, 不仅仅突破了以往只有物理法组装碳纳米管网络状结构的限制, 而且为碳纳米管的下一代组装提供了一条新途径.     

二维材料的拉曼光谱研究进展

二维材料因其独特的结构与性质引起了科学家们的广泛关注.拉曼光谱是一种特征性强、快速、无损的材料结构表征方法,其在低维材料的结构表征方面具有独特的优势.本文主要综述了拉曼光谱在二维材料结构表征方面的研究进展.首先,系统介绍了二维材料结构和拉曼选律基础知识,并分析了二维材料的典型拉曼特征;其次,通过对二维材料的典型拉曼特征峰的峰位和峰强的分析,讨论了拉曼光谱测定二维材料的层数、边缘手性/晶格取向、合金成分等;然后,介绍了缺陷、掺杂、外界应力以及热效应对二维材料拉曼散射的影响;最后,结合二维电荷密度波材料相变过程中的结构和拉曼特征的变化,讨论了拉曼光谱在相变性质研究中的应用.     

拉曼光谱技术在深空探测中的应用评述

拉曼光谱是激光激发物质产生光子非弹性散射形成的分子振动光谱.作为矿物和有机物识别的“指纹”光谱,拉曼光谱已被广泛应用于地球和地外样品研究中,以获得矿物种类、矿物化学、空间分布、岩矿成因等关键信息.在深空探测任务中,拉曼光谱通过采用主动激光激发获取光谱,在光谱信号获取方面具有独特的优势并可有效突破行星光照条件等环境的制约,因而被推荐用于月球、火星、小行星、金星、冰卫星等重要探测任务.我国嫦娥7号任务也将搭载拉曼光谱仪在月球南极区域开展就位物质成分探测.本文从拉曼光谱技术的物理原理和技术特点出发,阐述了拉曼光谱技术在月球和火星样品中的研究进展,归纳总结了主要组成矿物的拉曼光谱特征;梳理了拉曼光谱技术在深空探测领域的发展现状,简介了目前国际上主要拉曼光谱仪载荷设计情况,并分析了深空拉曼光谱探测中存在的难点约束;最后,对拉曼光谱技术在深空探测应用方面未来的发展趋势进行了展望,以期为未来相关载荷研发和应用提供有益参考.     

新型碳纳米管的研究

在电弧法制备富勒烯(C_(60),C_(70)等)的过程中,也产生了石墨的、纳米尺寸的管状物(碳纳米管).碳纳米管的发现大大地开拓了碳纤维的研究领域.碳纳米管(直径约为2—20nm,长度约为几微米)是一种新型低维材料.它引起了物理学家、化学家的极大兴趣.自从碳纳米管发现以来,有关碳纳米管的工作已有不少报道.理论研究指出碳纳米管的电子特性和它们     

纳米碳复合材料的结构设计和功能仿生

高含量纳米碳复合材料能够更好地体现碳纳米管等纳米材料自身的性质.借助自然材料的结构设计和整合思想,使得高含量的纳米碳组装结构体及其复合材料具有结构的合理化、性能的优异化、材料的可控化和应用的高效化,这种方法也将成为未来纳米复合材料发展的重要方向.本文主要介绍了高含量仿生纳米碳复合材料加工过程、结构和界面的仿生设计思想,以及其在仿生智能驱动中的应用进展.     

CNT-C_f/SiC多级增强复合材料微区力学性能

利用催化化学气相沉积工艺在炭纤维(Cf)表面原位生长碳纳米管(CNT),经聚合物浸渍-热解(PIP)致密化后制备了CNT强化的Cf/Si C复合材料.结合微米压痕和纳米压痕测试方法在微米、纳米尺度研究了CNT强化的Cf/SiC复合材料界面、微区基体以及纤维-CNT-基体组元区域的力学响应机制.结果表明,CNT生长点具有较高的结合强度,界面脱黏出现在纤维/热解碳界面处,原位生长的CNT显著强化了纤维-基体界面结合强度.PIP工艺对CNT造成损伤,致使CNT强化的微区基体的模量和硬度下降,而CNT的拔出、裂纹桥连等行为阻碍了微区基体的裂纹扩展,进而提高了微区基体的破坏容忍度.理论计算结果显示,由CNT带来的韧性贡献约为310.8 J/m2.界面强化效应和微区基体裂纹扩展阻碍效应使纤维-CNT-基体组元的抗损伤能力得到了提高.利用微纳米测试连用手段可深入了解多级增强复合材料的纳米效应.此外,理论计算表明,CNT/基体的界面修饰及对CNT的有效保护会进一步提高CNT对微区基体的韧化效果.     

L-苯丙氨酸在单壁碳纳米管上的吸附行为

采用一种简单、绿色的过程获得了稳定的单壁碳纳米管/L-苯丙氨酸溶液. 除纯化及氧化过程, 单壁碳纳米管未进一步功能化. 结合多种物理化学表征方法对L-苯丙氨酸在单壁碳纳米管上的吸附机理进行了研究. 氧化后的单壁碳纳米管对苯丙氨酸的吸附量为33%(质量分数), 单壁碳纳米管对吸附于其上的苯丙氨酸的热分解具有催化作用. 对不同直径的单壁碳纳米管, 苯丙氨酸具有吸附选择性, 优先吸附于直径较小的单壁碳纳米管. 在π-π相互作用、H键和部分共价键的共同作用下, 苯丙氨酸被吸附在单壁碳纳米管上.     

摩擦对PTFE非晶-结晶界面区自由体积的影响

正电子湮没技术(PAT)是表征聚合物微观缺陷——自由体积的尺寸和浓度的灵敏的探针。近几年已在结晶聚合物结构-性能相互关系的研究中得到了应用。研究表明聚四氟乙烯(PTFE)及其复合材料的机械性能、热学性能、结构相变等均可通过其自由体积孔穴的变化表现出来,这充分说明了PTFE的微观缺陷是影响其宏观性能的主要原因之一。此外,对PTFE正电子寿命谱的解析也有了较明确的认识。PTFE作为一种重要的聚合物材料,具有优异的自润滑性和极高的化学稳定性,在摩擦学研究领域中获得了广泛的应用。但有关其自由体积孔穴性质与宏观摩擦学性能相互关系的研究尚未广泛开展。本文用正电子湮没寿命谱研究了微动和小往复摩擦后的非晶-结晶界面区PTFE自由体积尺寸和浓度变化,发现了摩擦造成的自由体积的连通和分离现象,也验证了摩擦的分层属性。     

导电粒子填充HDPE复合材料的非线性导电特性与标度行为

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体、炭黑(CB)或石墨(GP)为填料的共混物是重要的且应用广泛的高分子PTC材料. 基于GEM方程和由材料的体积膨胀导致填料体积分数的稀释效应, 建立了一个定量描述并解释基体体积膨胀对复合材料PTC突变贡献的唯象模型. 在电子束辐照HDPE/CB复合材料中, 交联聚合物基体体积膨胀对PTC效应的贡献减小. 在研究填料含量、环境温度和交联等对HDPE导电复合材料自发热行为和电热平衡态非线性导电行为影响的基础上, 根据自发热温度与电场、初始电阻, 以及电热平衡态电阻与自发热温度的关系, 揭示了高分子PTC材料的自控温机制. 根据自发热临界点参量与材料电导率之间的标度关系, 建立了电热平衡态的宏观电学性能与微观渗流网络之间的联系.     

多壁碳纳米管/聚氯乙烯复合材料的制备

文章阐述了通过溶液混合法制备多壁碳纳米管/聚氯乙烯复合材料,并对其性能进行了红外表征,表明制得的复合材料具有良好的性能.     

摩擦对PTFE非晶-结晶界面区自由体积的影响

<正>正电子湮没技术(PAT)是表征聚合物微观缺陷——自由体积的尺寸和浓度的灵敏的探针。近几年已在结晶聚合物结构-性能相互关系的研究中得到了应用。研究表明聚四氟乙烯(PTFE)及其复合材料的机械性能、热学性能、结构相变等均可通过其自由体积孔穴的变化表现出来,这充分说明了PTFE的微观缺陷是影响其宏观性能的主要原因之一。此外,对PTFE正电子寿命谱的解析也有了较明确的认识。PTFE作为一种重要的聚合物材料,具有优异的自润滑性和极高的化学稳定性,在摩擦学研究领域中获得了广泛的应用。但有关其自由体积孔穴性质与宏观摩擦学性能相互关系的研究尚未广泛开展。本文用正电子湮没寿命谱研究了微动和小往复摩擦后的非晶-结晶界面区PTFE自由体积尺寸和浓度变化,发现了摩擦造成的自由体积的连通和分离现象,也验证了摩擦的分层属性.     

抗癌药物ACM与DNA相互作用的紫外共振拉曼研究

ACM(Adacinomycin如图1示)是蒽环类抗菌素,对许多肿瘤有抗癌活性,并且比其衍生物,临床广泛使用的阿霉素(Aclriamycin,ADM,如图1示)心脏毒性低。人们已用电子吸收光谱、荧光和~(31)P核磁共振以及共振拉曼(共振增强ACM蒽环色团的拉曼谱)研究了ACM与DNA相互作用,结果表明ACM色团插入DNA的T-A位置。至今尚未用紫外共振拉曼光谱(UVRRS)研究过ACM与DNA相互作用特性。本文用274nm紫外激光共振增强DNA碱基的拉曼光谱(而不受ACM拉曼光谱的干扰),从DNA拉曼光谱在与ACM作用前后的变化分析得出相互作用特性。