碳纳米管的分散及其氧化铝基复合材料研究

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碳纳米管由于其优异的力学性能、电学性能,它在复合材料领域中引起了广泛的关注。目前国内外对碳纳米管复合材料的研究主要集中在与有机聚合物和金属材料的复合,与非金属氧化铝的复合的研究还很少。本课题通过对碳纳米管进行纯化处理,并研究其在反应溶剂中的分散工艺和氧化铝前驱体的制备工艺,采用原位反应法制备了碳纳米管/氧化铝陶瓷基复合材料,通过加入碳纳米管提高氧化铝基体的力学和电学性能。研究结果表明:(1)采用浓硝酸和混酸(H2SO4/HNO3(3:1)体积比)处理碳纳米管,酸处理过的碳纳米管表面都带有-OH和,COOH官能团,混酸处理50min碳纳米管在去离子水中可稳定分散20d,并通过TEM证实了其单分散性很好。(2)空气中400℃煅烧2h的混酸处理50min碳纳米管在0.060mol/L的碳酸氢铵溶液和去离子水中的分散性都大大下降;pH值升高对碳纳米管在NH4HCO3溶液中分散性没有明显影响,碳纳米管表而ζ电位与其稳定分散性没有直接关系;分散剂为PEG2000或SDBS且浓度为0.2g/L,碳纳米管在NH4HCO3溶液中的分散稳定性最好,随NH4HCO3浓度增加,碳纳米管分散稳定逐渐下降。(3)采用液相法制备纳米氧化铝的前躯体,在空气中煅烧生成氧化铝粉体。结果表明:控制反应体系的配比过剩系数为1.4,PH值为11时,生成的碳酸铝铵前驱体能够实现低温煅烧成α-Al2O3,较理论煅烧温度降低了200℃,α-Al2O3的粒径在几十纳米左右。(4)采用原位反应法制备了碳纳米管/氧化铝基复合材料。研究了碳纳米管添加量对复合材料性能的影响。结合SEM、TEM表征探讨了复合材料的补强机理和导电机理。结果表明:较基体材料,各项性能都有所提高。力学性能:抗弯强度提高了69.7%,补强机理主要是类似于纤维/晶须的桥联机制,同时也存在拔出机制。电学性能:导电性能没有明显增加,导电机理是碳纳米管在氧化铝晶界形成导电网络。图66表8参56
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