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碳纳米管在聚合物材料中的应用
目前聚合物/碳纳米管复合材料的研究重点是如何利用碳纳米管优良的力学、电学等性能达到材料的增强,
或提高材料的导电性、电磁屏蔽性和光电子发射性能等。用碳纳米管制备复合材料的优点是易于加工成型，而且碳纳米管的密度较低，长径比较高（一般大于1000），其体积含量可比粒状填料减少很多，而且碳纳米管优良的力学性能使得聚合物/碳纳米管复合材料断裂前的变形率较碳纤维的同类制品大。
Haggenmueller等采用溶液浇注和熔融混合相结合的方法制备了单壁碳纳米管聚甲基丙烯酸甲酯复合物，该复合物有良好的电学和力学性能，其轴向的导电性比径向的要高，弹性模量随单壁碳纳米管含量的增加而增加，而拉伸强度却随拉伸比的增大而增加。Jia等发现对聚合物进行加工能改善聚合物/碳纳米管复合物的性能，实验结果还表明，在引发剂作用下碳纳米管的大π键会被打开并参与甲基丙烯酸甲酯的聚合反应，从而在碳纳米管和聚甲基丙烯酸甲酯基体间形成一个强的结合界面。通过一个改进的原位过程，即先让甲基丙烯酸甲酯的聚合反应进行一段时间后再加入碳纳米管，发现随着碳纳米管含量的增加，所得复合物的力学性能和热偏离温度都会增加，研磨过的碳纳米管的分布较未经处理的要好，而且未经处理的碳纳米管得到的复合物的力学性能相当低。Bower等发现热塑性塑料/碳纳米管复合物的断裂张力比用碳纤维改性的复合物高10到100倍,
当复合物在受压或被拉伸时, 显示出较好的应力传递性, 在聚合物玻璃化温度以上对复合物进行机械拉伸处理,
可使碳纳米管实现单轴排列，从断面的透射电镜图像可看出碳纳米管和聚合物基体间有良好的亲和力。Lourie等观察了环氧树脂薄膜中单壁碳纳米管的畸变和断裂模式，发现不同管径的单壁碳纳米管的压缩强度均比任何已知纤维（约为0.5GPa）高出两个等级,
复合物对压缩弯曲的临界应力增加了30％，薄膜的压缩强度估计为60GPa。Wagner等研究发现，聚合物/多壁碳纳米管复合材料内的应力传递效率估计至少比一般纤维复合物材料高一个数量级。Lozano等将平均直径为100nm的碳纳米管分散到聚丙烯中，使材料的工作温度提高了100℃，模量增加了350％，但拉伸强度没有随着碳纳米管的加入而改变。Ajayan等制备了单壁碳纳米管束含量为5wt.％的环氧树脂复合物，利用拉曼光谱研究了聚合物和碳纳米管之间的应力传递。Qian等将多壁碳纳米管通过溶液蒸发法均一地分散到聚苯乙烯中形成0.4毫米厚的复合材料，研究发现，
1wt.％（0.487vol.%）的碳纳米管会使聚合物的弹性模量和断裂应力分别增加36－42％和25％，实验结果与理论预测值十分一致，而要达到相同的效果却需要添加10wt.％(5vol.%)的碳纤维。Andrews将5wt.％的单壁碳纳米管分散到各向同性的石油沥青中，发现其拉伸强度提高了90％，弹性模量提高了150％，导电性提高了340％。Tibbetts
和 McHugh
研究发现，要使材料的弹性模量有相同的增长，碳纤维的加入量约为碳纳米管的十倍。高强度碳纳米管复合材料在航天技术中也有重要应用，美国国家航空航天管理局在阿拉斯加会议上透露，为了在将来登上火星，要大力发展质量轻、强度高的碳纳米管聚合物复合材料，已开始将碳纳米管用于各种工程塑料中，并对其性能进行研究。碳纳米管作为一种超强材料，有巨大的弹性和拉伸强度，可用于制造能经受强烈撞击的汽车车体和能防震的建筑材料等，但是碳纳米管比较光滑，容易从聚合物基体中剥离出来，从而使所得复合物材料容易断裂。
用增强塑料代替金属材料的应用日益增多，但有些材料如塑料制品容易产生静电，可能会带来不利的后果甚至严重的损失，为此需要研制能消除静电或具有一定导电能力的增强材料，碳纳米管是制备此类功能复合材料的理想填料。爱尔兰都柏林Trinity学院的研究表明，在塑料中加入2～3％的多壁碳纳米管可使其导电率大大提高。英国剑桥大学材料科学系开展的一项研究发现，将碳纳米管分散到环氧树脂中，极低的碳纳米管添加量就能使材料的导电率有大幅度提高，同时不会影响其断裂韧性。GE公司已经研究用碳纳米管制备能导电的纳米复合材料，碳纳米管含量为10％的各种工程塑料如聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯和聚苯醚等的导电率均比用炭黑、微米级填料和不锈钢纤维作填料时高，这种导电复合材料既有抗冲击的韧性,
又方便操作，有可能在汽车车体上得到广泛应用。用10wt.%的多壁碳纳米管作填料可使聚合物PmPV的导电性提高10个数量级，所制备的材料可在电的激发下发光，这类纳米复合材料还具有非线性光学性能。Sandler等发现碳纳米管添加量只有0.1wt.%的环氧树脂复合材料可用作静电屏蔽材料，用少量碳纳米管就可使复合物的导电率提高到6×10-3
S.m-1,
足以消除静电。聚合物/碳纳米管复合材料的一个极有潜力的应用就是实现对手机和电脑等电器的电磁辐射的屏蔽，这对绿色电器的发展是极为有益的，Eikos公司已经申请了相关的专利。Hyperion
Catalysis International已成功地将碳纳米管用于聚碳酸酯、尼龙等工程塑料中。日本三菱化学公司也已成功地用直接分散法生产出了含碳纳米管的聚碳酸酯纳米复合材料，商品名为Hypersite
Wl000，用碳纳米管含量低的牌号做成的制品，表面极平滑和均一，是理想的高性能抗静电材料。
香港理工大学用苯乙炔在短碳纳米管的存在下进行聚合，得到的聚苯乙炔包覆的碳纳米管保持了可溶于溶剂的性能，发现这种碳纳米管的PPA溶液在激光脉冲照射下显示出与纯PPA不同的性能，即当脉冲增强时，碳纳米管PPA溶液会变为不透明，阻止光线通过。Tang等研究了碳纳米管对PPA链的影响，发现碳纳米管较强的光稳定性可避免聚合物链在剧烈的激光辐射下降解，而且通过机械力可实现碳纳米管的取向排列。Ago等经研究发现，PPV/多壁碳纳米管复合材料可用作高效光伏器件。Curran等合成的基于共轭聚合物/碳纳米管复合材料的有机光致发射二极管有更低的电流密度和更好的热稳定性。Chen等用高分辨率电镜观察发现，单根碳纳米管上均匀包覆的聚吡硌在碳纳米管间桥接后形成了很厚的聚合物薄膜，使复合物内产生逾渗现象所需的碳纳米管添加量增多。
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