产业研究
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碳材料是自然界中与人类关系最为密切的重要材料之一,伴随着纳米科技的发展,具有纳米结构的功能碳材料的研究逐渐深入,已经出现了石墨烯、碳纳米管等性能优异的纳米碳材料。纳米碳材料具有机械强度高、导热导电能力强等诸多优点以及环境友好特性,能够满足绿色化学和可持续性发展的要求,因而其在复合材料中的应用成为相关领域的研究热点。纳米碳材料的引入可以显著提高复合材料的性能,并且还可以赋予材料新的性能,其在功能复合材料方面有良好的应用前景。然而,由于纳米碳材料自身的结构特点,其在溶剂和聚合物基体中的分散性、相容性和稳定性较差,这一直阻碍着其性能在复合材料中的发挥,甚至可能导致材料的整体性能降低。因此,提高纳米碳材料的分散能力和使用性能一直是研究的难点和热点。通过化学的方法提高纳米碳材料的分散能力,操作过程复杂,生产成本增加,且化学品试剂大多具有很强的毒性。近年来,纳米碳材料的辐射改性受到各界广泛的重视,利用辐射技术制备和官能化修饰纳米碳材料,可以显著提高纳米碳材料的分散能力和与基体的相容性。辐射刻蚀和还原技术用于纳米碳材料的制备时,可对其结构进行设计,例如辐射制备短切碳纳米管,降低了碳纳米管的长度,可有效提高分散能力。利用高能射线还可将氧化石墨烯进行还原,提供简单高效制备石墨烯的新方法和新思路。辐射接枝可用于纳米碳材料的表面修饰,例如在碳纳米管或石墨烯表面接枝聚合含碳碳双键的酯和芳香类聚合物,提高了纳米碳材料在溶剂和聚合物基体中的分散性能,有助于制备各种高性能功能材料。本文综述了近年来辐射技术在碳纳米管、氧化石墨烯及碳纳米纤维等材料改性及其应用方面的研究进展,总结了这三种纳米碳材料的优异性能及其� ...
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为了提高高密度聚乙烯(PE-HD)的导热性能,扩大其应用范围,通过开炼及模压的方法将碳材料与PE-HD进行复合,详细研究了碳材料的种类、含量及复配等对复合材料热导率及拉伸性能的影响。结果表明,随着石墨含量的增加,复合材料的热导率增大,但其断裂伸长率显著下降。固定碳材料总质量分数为15%,对不同种类的碳材料进行复配,发现当碳纤维/石墨质量比为1/4时,材料的热导率达到极大值,为0.588W/(m·K),但断裂伸长率仅为36%;当乙炔炭黑/石墨质量比为1/2时,复合材料热导率达到极大值,为0.602W/(m·K),相当于石墨质量分数为20%的复合材料热导率,断裂伸长率为303%,约为石墨质量分数为20%的复合材料的3倍,这表明石墨与乙炔炭黑的适量复配在赋予PE-HD良好导热性的同时保持了其延展性。 ...
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分别以碳纳米颗粒(CNPs)、碳纳米纤维(CNFs)和碳纳米管(CNTs)等纳米碳材料为填料,采用悬浮法制备了酚醛树脂(PF)/纳米碳材料复合保温材料。与PF相比,所制PF/纳米碳材料复合材料的力学性能和阻燃性能都有不同程度的提高,并且仍具有较好的保温性能。CNFs与CNTs在PF基体中的分散性较好,CNPs容易发生团聚。采用CNFs改性的PF/CNFs复合材料的综合性能最好,当w(CNFs)为10%时,PF/CNFs复合材料的拉伸强度为6.7MPa,悬臂梁缺口冲击强度为26.0 MPa,弯曲强度为9.8 MPa,线烧指数和质烧指数分别为38.8μm/s和32.6 mg/s,热导率约为0.030 W/(m·K)。 ...
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可穿戴设备的兴起使得对柔性器件的需求日益提高,柔性导电材料作为可穿戴器件的重要组成部分而成为研究的热点。传统的电极材料主要是金属,因金属材料本身不具有柔性,一般通过降低金属层厚度以及设计波纹结构等策略实现其在柔性器件中的应用,其加工程序复杂,成本较高。以碳纳米管和石墨烯为代表的纳米碳材料兼具良好的柔性和优异的导电性,且具有化学稳定、热稳定、光学透明性等优点,在柔性导电材料领域展现了极大的应用潜力。本文简要综述了近年来纳米碳材料在柔性导电材料领域的研究进展,首先介绍了碳纳米管基柔性导电材料,分别包括基于碳纳米管水平阵列、碳纳米管垂直阵列、碳纳米管薄膜、碳纳米管纤维的柔性导电材料;继而介绍了石墨烯基柔性导电材料,包括基于剥离法制备的石墨烯和化学气相沉积法制备的石墨烯以及石墨烯纤维基柔性导电材料;并简述了碳纳米管/石墨烯复合柔性导电材料;最后论述了纳米碳材料基柔性导电材料所面临的挑战并展望了其未来发展方向。 ...
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