碳纳米管有序增强体及其复合材料研究进展

碳纳米管(CNT)是迄今为止力学性能最高的轻质材料之一,同时兼具优异的导电性和导热性,作为新一代高性能增强材料具有难以估量的发展潜力。特别是以连续碳纳米管纤维和碳纳米管膜为代表与树脂复合制得的连续碳纳米管复合材料,被公认为是具有划时代意义的第3代先进复合材料。本文围绕连续碳纳米管纤维、碳纳米管膜及其与树脂复合形成的复合材料,介绍其制备方法、控制技术、结构特点、力学与功能特性等国内外研究进展,揭示了碳纳米管有序增强体中独特的多级结构特征与多级复合强化机制,阐述了该复合材料应用特色,并展望其应用前景与潜能,以期为碳纳米管纤维复合材料革新未来航空航天超轻结构的多功能化设计与研究提供参考。     

碳纳米管粉体高温石墨化的研究

对碳纳米管粉体在高温和高压进行处理,使其中的非晶碳转变成晶态碳,达到净化目的。通过透射电镜、拉曼光谱分析、比表面积测试、二氧化碳和空气氧化后的失重测试,证实石墨化程度有显著提高。说明对碳纳米管粉体的高温石墨化可以改变碳纳米管性能。     

碳纳米管表面修饰的研究进展

回顾了碳纳米管表面修饰的理论与实验方法,详细介绍了碳纳米管表面修饰的新方法和最新研究进展,并对碳纳米管表面修饰技术给出了简要评价。     

基于电学成像的蜂窝夹层结构超高速撞击损伤监测

针对航天器遭受空间碎片和微流星体撞击的问题,对蜂窝夹层结构的超高速撞击损伤监测进行研究。提出将碳纳米管薄膜共固化在蜂窝夹层结构面板表面使之具有自感应能力,结合电学成像技术对超高速撞击造成的损伤进行监测和识别。采用二级轻气炮对自感应蜂窝夹层结构进行了超高速撞击,在撞击前后分别向感应层注入微小的激励电流,根据边界电压变化重建损伤引起的电导率变化图像,从而提供有关撞击和损伤的信息。试验结果表明,基于碳纳米管薄膜的感应层性能良好,重建的电导率变化图像能够较好地反映损伤个数、位置和近似尺寸,验证了所提出技术方法的有效性,为航天器结构超高速撞击监测提供了一种新的技术手段。     

碳纳米管力学性质的理论研究进展

自从碳纳米管发现以来，其优异力学性质(小尺寸、低密度、高强度和高韧性)引起了人们的广泛关注，研究者们针对起各种力学行为进行了实验和理论上的大量研究。本文对碳纳米管力学性质的理论研究进行了回顾。首先简要的介绍了一下各种用于碳纳米管力学性质研究的理论方法，包括原子学方法和连续介质方法；然后对各种理论研究结果作了详细的综述，主要关注的是碳纳米管的扬氏模量、结构的影响、强度及塑性性质。本文对今后理论研究的方向作了初步展望。     

PBO/SWNT复合纤维的合成与性能

利用原位聚合法成功制备了聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)/单壁碳纳米管(SWNT)复合物,并用干喷湿纺法对聚合物进行了纺制.SWNT采用强氧化性酸处理,形成羧基化的单壁碳纳米管(SWNT-COOH).用拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、强度测定、热重分析等分别对SWNT、PBO/SWNT复合纤维进行了表征.研究表明,碳纳米管经过酸处理后,表面含有较多的羟基和羧基官能团.PBO/SWNT复合纤维保持了PBO纤维的优异耐高温性能,纤维拉伸强度与同条件下PBO纤维相比提高了50%.     

碳纳米管的表面功能化研究:接枝环氧基聚合物

通过共价键修饰将酸化的多壁碳纳米管(MWNTs)与环氧树脂进行接枝反应,并通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD),拉曼光谱(Raman spectra),热失重分析(TGA)和透射电镜(TEM)对其进行表征.研究发现,酸化处理在多壁碳纳米管管壁产生羧基、羟基,并检测到环氧树脂是通过共价键接枝到多壁碳纳米管管壁上,其接枝率达到39%.差示扫描晕热仪(DSC)显示改性的多壁碳纳米管对环氧树脂的固化反应有显著的影响.     

模块化热控技术及其在低轨卫星中的应用

针对模块化卫星各模块结构独立且需满足重复分离的要求,以及热耗不均衡分散分布的特点,提出金属基底-阵列碳纳米管热接口、结构板石墨稀涂膜及智能热控涂层散热面的模块化热控技术。该热控技术建立了可重复分离的模块间及受限空间模块内部的高效传热路径,并可自适应外热流变化,从而实现模块化卫星分散式热耗的协同散热。通过热仿真有限元分析模拟了近地圆轨道卫星在轨极端工况下的温度响应,结果满足热控指标要求,验证了模块化热控技术在低轨模块化卫星中的应用。     

纳米材料在航天器上的应用前景

文章综述了国内外纳米材料(如碳纳米管，SiO2，TiO2)在航天器上的潜在应用。首先介绍了在航天器领域具有应用潜力的纳米材料及其复合材料，然后从结构和功能材料等方面对在航天光学遥感器上的应用前景做了分析。     

《化学分析计量》2014年第5期目次

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