碳纳米管的改性
2019-03-08 09:05:26
碳纳米管自发现以来，因为其共同的结构和独特的物理，化学和力学特性以及其潜在的运用远景而倍受人们的重视。碳纳米管(carbonnanotubes,CNTs)于1991年由NEC(日本电气)筑波研讨所的饭岛澄男(SumioIijima)初次发现。因为其优秀的电磁功用、力学功用、光学功用和热功用等，激起了人们的极大爱好，敏捷成为继 C60之后最抢手的碳纳米材料。
碳纳米管在溶剂中涣散性差、加工操作困难，这极大地约束了它的运用，因此需求经过表面改性来进步它的溶解性和涣散性。并且经过化学或物理的办法还能够将其他功用性基团或材料复合到碳管的表面制备多功用性材料。所以，碳纳米管的功用化改性是非常重要的一个研讨范畴。
一物理法改性
选用物理的办法使碳纳米管晶格发作位移，内能增大，内能增大后的碳纳米管易与介质发作反响，在机械力或磁力作用下活性炭纳米管的体表面与介质发作反响、吸附，到达表面改性的意图。
1高能机械研磨
运用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒，经过研具与工件在高压力作用下的相对运动对碳纳米管表面进行改性加工。该法使碳纳米管表面构成晶格缺点或晶格歪曲，然后得到高活性自由基，使碳纳米管易于与其他材料发作反响。
缺点是在研磨过程中不易控制，在构成晶格缺点的一起简略导致碳纳米管的长度过短，失掉原始碳纳米管具有的功用。
2高能球磨法
用球磨机的滚动或振动使硬球对碳纳米管进行激烈的冲击、研磨和拌和，最终使碳纳米管表面构成晶格缺点，得到改性。
缺点是简略在样品中混入硬球成分的杂质，难以别离。
3超声振动法
运用超声波的高频声波发生振动，使碳纳米管在介质中进行涣散，碳纳米管在介质中涣散程度的好坏直接影响碳纳米管的功用与运用作用。
二化学法改性
运用化学办法引进具有活性的羧基、羟基、基等功用团，功用团的引进使得碳纳米管表面的化学性质发作了明显的改变，然后为后续的反响供给了改性的活性点。
1酸处理法
运用碳纳米管的端头及弯折处易被氧化开裂，一起转化为羧基、羟基的特色，选用浓酸或许稀酸处理，使其两头或弯折处开口，引进羟基、羧基等官能团，如图所示，进而增大碳纳米管与溶质间的亲和力，进步其在溶质中的涣散性。
2偶联剂法
选用分子结构一端和碳纳米管结构类似另一端和要结合的材料结构类似的分子作为偶联剂，一端与碳纳米管牢牢结合，另一端与要复合的材料分子结合。这种润饰办法不会对碳纳米管自身的结构构成损坏，然后能够得到结构完好的经润饰的碳纳米管。
3化学镀法
化学镀是近年来被很多研讨运用的一种在材料表面制备接连细密包覆层的办法，具有操作便利、工艺简略、镀层均匀、孔隙率小、外观杰出等特色。因其不必外加电源，但凡镀液能浸到的当地，包含微小孔、盲孔都能够得到均匀的镀层，所以在碳纳米管上也具有优秀的包覆性。
4高能射线辐照法
高能射线指离子束、电子束、γ射线等含有高能量的射线，当这些高能射线照射到碳纳米管上的时分，炮击碳纳米管击出碳原子，碳原子停留在晶格的空隙方位上发生空隙原子，在它本来的平衡方位则留下一个空位。当炮击粒子动能足够大时，导致磕碰级联效应，无序结构添加。大都空位和空隙原子或许互相复合而互相退火，但仍有少量原子作为空隙原子而构成晶格进一步缺点。辐射也能够引起碳原子的溅射，溅射出来的碳原子沉积在碳纳米管的外壁上构成一层无定形碳结构。
5原子搬运自由基聚合法
是近年来敏捷发展并有着重要运用价值的一种活性聚合技能。它源于有机化学中的原子搬运自由基加成反响，运用该技能可在碳纳米管表面接入聚合物分子链，然后取得具有某些功用特性的碳纳米管。
三联合法改性
一般单一的碳纳米管表面改性办法很难取得特定功用的改性碳纳米管，或许是需求花费很多的时刻、财力，得到的改性材料作用也不行抱负。假如将两种乃至多种改性办法合作运用，运用每种办法改性后所得到的功用特色，扬长避短，互相结合，可得到多样化的、功用愈加安稳的改性作用。
经过上述改性办法能够改进碳纳米管的涣散功用，进步它与基体材料之间的相容性，并增强它们之间的互相作用。别的，经过对其进行表面润饰还能够赋予碳纳米管新的功用，完成碳纳米管的分子拼装，取得各种功用优异的纳米材料，在分子电子学、纳米电子学以及纳米生物分子学等方面具有宽广的运用远景。
碳纳米管吸波材料简述
2019-01-03 09:36:51
碳纳米管作为一维纳米材料，因其特殊的结构、优良的化学稳定性、良好的导电性能、优异的机械性能及纳米材料特有的纳米效应引起了广泛的关注。从电磁波吸收方面来看，碳纳米管由于其导电性和作为一维纳米材料所具有的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，因而显示出很强的宽带微波吸收性能，已成为新型吸波收材料研究热点之一。碳纳米管是一种电损耗型的吸波材料，大量的研究工作十分关注碳纳米管改性以提高其磁学性质，从而改善其阻抗匹配，提高电磁损耗，并最终达到更好的吸波效果。
汪刘应等采用矢量网络分析仪测试了不同管径碳纳米管(CNTs)的电磁参数，结果表明随着 CNTs的管径不同，其电磁性能也随之改变，即随着CNTs管径增加，其复介电常数虚部也不断增加。用电磁波的传输线理论计算了不同厚度不同管径的碳纳米管的反射率曲线，结果表明厚度为 2.0 mm，管径为30~50nm 时 CNTs 模拟反射率峰值为-26.24 dB，小于-10 dB 的频带宽为 4.16 GHz。
肇研等研究了相同碳纳米管含量不同厚度以及不同碳纳米管含量相同厚度的复合材料吸波性能的变化规律，研究了其在 26.5~ 40.0 GHz频段的吸波性能。结果发现，在该范围内，随着多壁碳纳米管加入量的增加，反射率降低则吸波性能增强。
一张图看懂碳纳米管
2019-01-03 09:37:11
一张图看懂碳纳米管
新型复合材料的针线——碳纳米管
2019-01-04 17:20:24
[导读] 以碳纳米管“针”，对复合材料进行“穿针引线”可以实现复合材料层间的良好结合，与现有复合材料相比，经碳纳米管“缝合”的复合材料强度可提升30%，在断裂前能承受更大的作用力，这项技术的运用，提升了当前复合材料的综合性，对拓宽其在航空结构中的应用将起到很大的推动作用！中国粉体网讯 麻省理工学院航天工程师设计了碳纳米管“针”，它可以“穿针引线”使复合材料层间实现良好结合，从而有助于制造出质量更轻、抗损伤性能更强的航天飞机。 目前，空客和波音公司最新的载人航天飞机机身主要是由先进的复合材料构成的，譬如用质量极轻且使用性能优异的碳纤维增强塑料代替飞机的铝基材料，可以使其重量减轻约20%。复合材料在飞机上的主要应用优势就在于通过减轻重量以节省燃油消耗。 但是复合材料抗损伤性能较差：与铝基材料在断裂前可以承受较大的冲击相比，复合材料的多层结构在较小冲击下就很容易发生断裂。低抗损伤性能已经成为复合材料的阿喀琉斯之踵。 近日，麻省理工学院(MIT)的航空工程师探索出一种粘结复合材料层的新方法，从而使其强度更高，耐损伤性能更好。 研究人员使用碳纳米管将每一层复合材料“栓”在一起。碳纳米管中的薄卷状碳原子虽然“身形”微小，但是强度极高。他们在类胶状聚合物基体中嵌入碳纳米管“森林”，然后“压紧”碳纤维复合材料层间的聚合物基体。纳米管就像是细小的竖直排列的“针”，充当多层结构的支架，在层间部位进行“缝合”。 测试结果表明，与现有复合材料相比，经碳纳米管“缝合”的复合材料强度可提升30%，在断裂前能承受更大的作用力。 此项研究的首席研究员，MIT航空航天系博士后RobertoGuzman认为，性能提升的复合材料可以用于制造强度更高、质量更轻的飞机零部件，尤其是那些使用传统复合材料制造的因包含螺钉或螺栓而容易断裂的零部件。 “尺寸是关键” 当前，复合材料由层状的横向碳纤维组成，通过聚合物胶粘接。此项研究参与者，MIT航空航天系教授Wardle指出，“层间结合处是非常薄弱、存在问题的区域”。许多学者尝试采用“Z钉扎”方法固定或通过“三维编制”复合材料层的碳纤维束以增强结合性能，类似于钉子和针线所起的作用。 Wardle表示，“钉子或针的尺寸是碳纤维的几千倍，所以如果在碳纤维中加入这些物质，将会破坏成千上万的碳纤维，对复合材料本身的损伤不言而喻。”而碳纳米管直径约10纳米，只有碳纤维尺寸的百万分之一。 “尺寸的问题很重要，正因为纳米管进入复合材料内部而不会影响大尺寸的碳纤维，才使复合材料的性能得以保持，”Wardle解释说，“碳纳米管拥有的表面积达到碳纤维的1000倍，这使它们与聚合物基体结合良好。” Guzman和Wardle采用的新技术即可使碳纳米管嵌入聚合物胶内部。首先，他们获得竖直排列的碳纳米管森林，然后将纳米森林置于粘稠的、未固化的复合层之间，重复此过程一直到16层(典型的复合材料叠层结构)，实现碳纳米管在层与层之间粘结。 Wardle认为，“随着大多数新型飞机的重量超过一半来自于复合材料，提升当前复合材料的综合性能对拓宽其在航空结构中的应用将起到很大的推动作用。”
碳纳米管及石墨烯导电浆料在锂电池中的应用
2019-03-06 10:10:51
导电浆料是电子元器件封装、电极和互联的要害材料。导电剂都各自有各自的特色，形状也是各有千秋。锂离子电池出产的供应商大多会依据导电剂的形状、颗粒巨细、比表面积、导电功能的不同而混合调配运用导电剂。
当时锂电池运用较广泛的导电剂可分为导电炭黑、导墨和新式导电剂等三大类，新式导电剂首要指碳纳米管、石墨烯等。
常见的导电剂理化参数比照相较于传统的导电剂，新式导电剂碳纳米管、石墨烯存有必定的优势。
碳纳米管(1) 碳纳米管具有杰出的电子导电性,纤维状结构可以在电极活性材料中构成接连的导电网络;
(2) 增加碳纳米管后极片有较高的耐性, 能改进充放电过程中材料体积改变而引起的脱落, 前进循环寿数;
(3) 碳纳米管可大起伏前进电解液在电极材料中的浸透才能;
(4) 碳纳米管的首要缺陷在于不易涣散。
石墨烯作为导电剂的作用与其参加量密切相关，在参加量较小的情况下，石墨烯因为可以更好地构成导电网络，作用远好于导电炭黑。
碳纳米管vs石墨烯，谁更胜一筹?
一方面，从导电机理分析，石墨烯经过点面触摸来导电，碳纳米管则由点线触摸传输。一般来说，触摸的面积越大导电功能就会越好。导电剂一般要以最少的量完成最优的导电功能。从导电功能上看，石墨烯的导电性更胜一筹。但碳纳米管在电解液中的吸液才能更强。
另一方面，两者的开展都存有瓶颈。现在业界共同以为：真实意义上的石墨烯制造本钱高，难以完成产业化;而碳纳米管最大的难题则是涣散。相较之下，碳纳米管的涣散比石墨烯的“难产”更简单霸占。此外，功能相差不多的情况下，报价或许才是厂商更为介意的问题。而本钱的下降很大程度上得益于工艺的前进。从这个视点讲，谁的工艺先进、本钱低，谁就会赢得锂电池商场先机。
碳纳米管分离技术实现重大突破 有望实现全面取代晶体硅
2019-03-07 11:06:31
幻想下有那么一张电子报纸，你既能够将其卷起，又能将它抚平，即使咖啡在上面打翻了，这张报纸仍旧能持续作业，在你面前跟新的最近的新闻。这样的场景在碳纳米管(CNT)技能带来性打破后就能完结，麦克马斯特大学的研讨者提出，他们开发了一种全新的途径来纯化碳纳米管。碳纳米管这种精密的半导体材料，被认为是很可能能在芯片制造业中替代硅的奇特材料。幻想下有那么一张电子报纸，你既能够将其卷起，又能将它抚平，即使咖啡在上面打翻了，这张报纸仍旧能持续作业，在你面前跟新的最近的新闻。
这样的场景在碳纳米管(CNT)技能带来性打破后就能完结，而由于一项技能的严重瓶颈，人们现已等待了很久了。可是现在，科学家们现已找到了解决方案。
这项技能革新由来自麦克马斯特大学的研讨者提出，他们开发了一种全新的途径来纯化碳纳米管。碳纳米管这种精密的半导体材料，被认为是很可能能在芯片制造业中替代硅的奇特材料。
“一旦咱们能以既牢靠又实惠的办法取得纯度很高的纳米管，那么许多电子产品的开展都会变得非常迅速。”艾利克斯·阿德罗诺夫(AlexAdronov)如此说道，他是麦克马斯特大学的一位化学教授。
碳纳米管就像一根头发丝儿相同，可是其直径一般在一到几十个纳米之间，长度则远大于其直径。清华大学魏飞教授带领的的团队制备出了世界上最长的碳纳米管，其单根长度能够到达半米以上。碳纳米管作为具有必定柔性导电才能的纳米材料，一向肩负着能变革硅基电脑和电子设备的希望。可是这种材料一向有个缺点，就是无法在制备进程中将金属型碳纳米管和半导体型的碳纳米管别离开来，由于在制备进程中这两者都是一同发生的，此进程引进加热碳基气体直至纳米管的团簇构成，呈黑雾状。
在碳纳米管制备进程的最终阶段，半导体型碳纳米管会和金属型你中有我，我中有你一般地混在一同。虽然这两种碳纳米管都非常有价值，可是有必要分隔运用，由于只要纯的碳纳米管(半导体型或许金属型)才能在器材层面得到使用，所以有用的别离技能也就成了碳纳米管走向使用的一个技能难点。
全球科学家现已花了许多的时刻来测验各种别离技能。虽然已有研讨者研制出一种高分子试剂，能和半导体型的碳纳米管混兼并一同被溶剂冲刷走，然后经过后期的提取取得半导体型碳纳米管，可是提取金属型碳纳米管的办法现在发展缓慢。
而现在，阿德罗诺夫课题组机敏地发现了这种办法：他们将能别离半导体型碳纳米管的高分子试剂的电学特性倒置，就能得到了只别离金属型碳纳米管的新式高分子试剂。
课题组的这一成就与其他试验室搭档的作业也休戚相关，麦克马斯奸细学院和加拿大电镜中心都向该课题组委派了专家学者，还为他们供给了许多试验设备。
对此，阿德罗诺夫表明非常感谢，乃至这么说：“世界上没有什么地方能完结这么好的跨学科研讨。”
那么下一步是什么呢?阿德罗诺夫表明将倾尽课题组所有人的尽力寻觅能更高效别离碳纳米管的高分子试剂，并将这一进程以商业出产的标准完善。
石墨烯基无机纳米复合材料
2019-03-07 09:03:45
石墨烯是近年被发现和组成的一种新式二维平而碳质纳米材料。因为其别致的物理和化学性质，石墨烯己经成为备受瞩目的科学新星，是纳米材料范畴的一大研讨热门。在石墨烯的研讨中，根据石墨烯的无机纳米复合材料是石墨烯迈向实践使用的一个重要方向。金属/石墨烯纳米复合材料金属/石墨烯纳米复合材料是经过将金属纳米粒子涣散在石墨烯片上构成的。现在，对该类复合材料的研讨首要会集在用贵金属等功能性金属纳米粒子润饰石墨烯，这不只能够得到比金属自身功能更优越的复合材料，显现出潜在使用价值，并且能够削减贵金属的耗费，具有很大的经济价值。石墨烯与铂系金属的复合用表而积大、导电性好的碳材料负载纳米尺度的铂系催化剂能够明显进步其在质子交流膜燃料电池(PEMFC)中的电催化功能。这不只能够使催化剂表而积最大化，以利于电子的传递，并且导电性的支撑材料起到了富集和传递电子效果。现在所用的首要支撑材料是炭黑，但因为石墨烯有着愈加优异的功能，所以被以为是更为抱负的支撑材料。美国圣母大学的Kamat等用NaBH、复原H2PtCh与氧化石墨烯的混合液，组成了Pt/CE纳米复合材料，所得的复合材料在氢氧燃料电池中的电催化活性(161mW /cm2)高于无支撑的Pt (96mW/cm2)，标明石墨烯是开展电催化的有用支撑材料(图1)。图1 Pt/GE电催化反响暗示图南京理工大学汪信课题组提出了制备金属/石墨烯纳米复合物的一般道路:先制备氧化石墨，并超声剥离成氧化石墨烯;然后将金属纳米粒子附着在氧化石墨烯表而;终究复原构成石墨烯/金属纳米复合物(如图2所示)。别的，微波法是一种快速有用地制备金属/石墨烯复合材料的办法。图2制备金属/石墨烯纳米复合物的一般道路:1)将石墨氧化得到层间隔更大的氧化石墨，(2)将氧化石墨剥离得到氧化石墨烯片，(3)将金属纳米粒子附着在氧化石墨烯片上，(4)将氧化石墨烯复原成石墨烯，得到金属/石墨烯纳米复合材料石墨烯与金属Ag的复合南京理工大学汪信课题组以氧化石墨烯为基底，用AgNO3,葡萄糖及经过银镜反响，制备出具有高反射率的Ag纳米粒子薄膜。Ag的附着导致薄膜中氧化石墨烯拉曼信号的增强，其增强程度能够经过氧化石墨烯片在Ag纳米粒子的数量进行调理。图3 一步组成Ag/GO复合材料暗示图Pasrich等将Ag2SO4、参加含KOH的氧化石墨烯悬浮液中，因为氧化石墨烯上的轻基具有酚的弱酸性，在碱性条件下生成酚盐阴离子，酚盐阴离子经过芳香族亲电取代反响将电子搬运给Ag+，使Ag+被复原，生成Ag/CO复合物(如图3所示)，用胁复原该复合物得到了Ag/CE复合物。石墨烯与其他金属材料的复合Stark等不必表而活性剂，以石墨烯作为涣散剂包裹在Co表而;然后与聚合物(PMMA,PEO)复合，得到了CE/Co/聚合物复合材料。该材料结合了金属与聚合物的优异功能，为石墨烯供给了一个新的使用途径。Warne:等用简略的办法将CoCl2纳米晶附着在石墨烯上，HRTEM显现CoCl2纳米晶在石墨烯表而发作平动和滚动，终究结组成单个晶粒，在真空下退火可将CoCl2转化成Co，构成Co/CE复合物。该项研讨显现出用石墨烯作为HRTEM分析支撑薄膜的使用远景。半导体/石墨烯纳米复合材料石墨烯因为其共同的电学性质，使得其与半导体材料的复组成为一个热门研讨课题。石墨烯作为半导体纳米粒子的支撑材料，能够起到电子传递通道的效果，然后有用地进步半导体材料的电学、光学和光电转化等功能。例如，用作锂离子电池(LIB)电极材料的半导体纳米粒子与石墨烯制成纳米复合材料，能够有用阻比纳米粒子的聚会，缩短锂离子的搬迁间隔，进步锂离子嵌入功率;一起，能够缓解锂离子嵌入-嵌出所形成的体积改变，改进电池的循环安稳性。石墨烯与TiO2的复合TiO2因其安稳、无污染的特性而成为最佳的光催化材料之一。因为光激起TiO2发生的电子空穴对极易复合，所以使用石墨烯共同的电子传输特性下降光生载流子的复合，然后进步TiO2光催化功率成为了一个研讨热门。图4 (a) TiO, /GE及其受紫外光激起暗示;(b)以石墨烯为载体组成多组分催化体系暗示图美国圣母大学的Kamat等将氧化石墨粉末参加TiO2胶体涣散液中超声，得到包裹着TiO2纳米粒子的氧化石墨烯悬浮液，在氮气的维护下用紫外光照耀悬浮液，得到TiO2/CE复合材料。TiO2作为光催化剂将光电子从TiO2搬运至氧化石墨烯片上，紫外光被以为起到了复原剂的效果(图4a)。该法不只供给了一种氧化石墨烯的紫外光辅佐复原技能，并且为取得具有光学活性的半导体/石墨烯复合材料拓荒了新的途径。最近，该课题组初次组成了以石墨烯为载体的多组分催化体系，他们首要经过光激起将电子从T1O2转至氧化石墨烯片上，部分电子用于氧化石墨烯的复原，其他的电子储存在复原后的石墨烯片上;然后向石墨烯悬浮液引进AgNO3，储存在石墨烯片上的电子将Ag+复原成Ag，然后组成了TiO2和Ag处于别离方位的二维TiO2/Ag/CE催化体系(图4b)。石墨烯与Co3O4的复合Co3O4是一种重要的磁性P型半导体，在催化剂、磁性材料、电极材料等范畴有着很大的使用价值Co3O4与石墨烯的复合被以为能够改进其功能并扩展其使用范畴。图5使用金属有机前驱体组成Co/GE和Co3O4/GE复合材料暗示图Yang等研讨了使用金属有机前驱体组成金属或金属氧化物与石墨烯的复合材料的办法，他们用酞著钻(CoPc)与氧化石墨烯片在中混合后用胁复原，组成了CoPc/CE复合物;然后将所组成的复合物在维护下高温分化生成Co/CE复合物;终究将Co/CE复合物在空气中氧化生成Co3O4/CE复合物(如图5所示)。石墨烯与SnO2的复合现在，SnO2的一个重要开展方向是代替碳材料作为锂离子电池(LIB)负极材料，但因为SnO2充放电过程中体积改变大，然后下降了其循环安稳性。研讨者期望经过其与石墨烯的复合来改进这一点。石墨烯与ZnO的复合ZnO半导体因为具有宽的带隙和较大的激子结合能，在场发射显现器、传感器、晶体管等范畴具有潜在的使用价值。国内外研讨者期望经过其与石墨烯的复合进一步扩展其使用规模。图6水热法在石墨烯片上组成规矩摆放的ZnO纳米棒暗示图Park等研讨了经过水热法在石墨烯片上组成ZnO纳米棒阵列的办法:首要经过化学气相堆积法(CVD)使石墨烯在涂有Ni的SiO2/Si基片上成长(图6a};然后将涂有聚甲基酸甲酷CPM M A)的基片浸入HF中得到游离的PMMA/CE(图6b);再将起维护效果的PMMA溶解在中;终究别离经过两种办法在石墨烯上水热组成了规矩摆放的ZnO纳米棒。石墨烯磁性纳米复合材料人们不只研讨了半导体化合物与石墨烯的复合，还使用其他功能性无机化合物纳米粒子润饰石墨烯。如用磁性纳米粒子润饰的石墨烯材料在电磁屏蔽、磁记录及生物医学等范畴具有宽广的使用远景，是石墨烯复合材料研讨的一个重要方向。结语及展望根据碳纳米管的无机纳米复合材料因为其优秀的性质己经在生物医药、催化、传感器等使用范畴得到了广泛而深化的研讨。与碳纳米管比较，石墨烯具有类似的物理性质、更大的比表而积和更低的生产成本，所以石墨烯是代替碳纳米管组成碳基无机纳米复合材料的抱负基体材料。尽管与石墨烯/聚合物复合材料比较，石墨烯基无机纳米复合材料的研讨起步较晚，但在短短的几年内，石墨烯基无机纳米复合材料的组成及其相关使用的研讨己经取得了很大的发展。但要真实完成石墨烯基无机纳米复合材料大规模组成和产业化使用还而临很多问题和应战。文章选自：化学发展
作者：柏篙、沈小平
为何石墨软石墨烯“硬”
2019-01-04 15:47:49
导读
为什么石墨那么软，而石墨烯又表现得那么“硬”呢?浙江大学信息电子工程学院副教授林时胜介绍说，其实这里涉及两个不同的概念，一个是强度，这是力学概念，一个是硬度，属于物理概念。
石墨烯的“硬”，是指强度高，衡量强度的指标是杨氏模量，根据杨氏模量的高低可以把物质分为硬物质和软物质。石墨烯的模量非常高，可达1T帕(压强单位)，是材料里最高的，所以石墨烯是硬物质，可以说是很硬。相应的像橡胶这些，模量只有几千帕，就是软物质，很软。材料力学上有刚度、强度、韧度、硬度等不同物理概念，这与我们通常讲的硬与软有区别。从通俗意义上说，石墨烯的“硬”指的是石墨烯的强度很好，就是它抗断裂的能力很强，这也和它的韧性很好有关系，因为容易延展而不断裂。模量就是代表了材料能被拉伸的容易程度。
再说石墨的软，这是物理概念，指的是硬度。硬度的衡量，是用一种材料去破坏另一种材料，被破坏的硬度就小。石墨的片层之间是范德华力，非常弱，只要用固体去划它，都能把它的片层错开，所以石墨很容易被破坏，就是说石墨很软。
为何石墨软，石墨烯“硬”？
2019-01-03 09:37:04
为什么石墨那么软，而石墨烯又表现得那么“硬”呢?浙江大学信息电子工程学院副教授林时胜介绍说，其实这里涉及两个不同的概念，一个是强度，这是力学概念，一个是硬度，属于物理概念。
石墨烯的“硬”，是指强度高，衡量强度的指标是杨氏模量，根据杨氏模量的高低可以把物质分为硬物质和软物质。石墨烯的模量非常高，可达1T帕(压强单位)，是材料里最高的，所以石墨烯是硬物质，可以说是很硬。相应的像橡胶这些，模量只有几千帕，就是软物质，很软。
材料力学上有刚度、强度、韧度、硬度等不同物理概念，这与我们通常讲的硬与软有区别。从通俗意义上说，石墨烯的“硬”指的是石墨烯的强度很好，就是它抗断裂的能力很强，这也和它的韧性很好有关系，因为容易延展而不断裂。模量就是代表了材料能被拉伸的容易程度。
再说石墨的软，这是物理概念，指的是硬度。硬度的衡量，是用一种材料去破坏另一种材料，被破坏的硬度就小。石墨的片层之间是范德华力，非常弱，只要用固体去划它，都能把它的片层错开，所以石墨很容易被破坏，就是说石墨很软。
改性碳纳米管在使用不同补强填充体系的氯丁橡胶中的应用研究
2019-03-08 09:05:26
氯丁橡胶作为一种通用型特种橡胶，除具有一般橡胶的杰出物性外,还具有耐候、耐燃、耐油、耐化学腐蚀等优异特性，因而使之在各种合成橡胶中占有特殊的位置。首要用于阻燃、黏合、耐介质、耐热及耐天候、中等耐电等方面。如电线电缆、胶黏剂、桥梁支左、难燃输送带及导风筒、汽车配件、涂料、耐腐蚀面料等。
改性CNTs具有一些特殊的电学性质，这是因为碳纳米管上碳原子的P电子构成大范围的离域Π键，共效应显着。碳纳米管的导电功能非常杰出，具有很好的电学功能。理论猜测其导电功能取决于其管径和管壁的螺旋角。因为CNTs的补强特性，其运用可确保混炼胶物理机械功能得以确保和进步。所以将改性CNTs参加到氯丁橡胶中，企图进步其的导电功能，使π电子在系统内能够愈加自在的移动，适用于出产一些需求导静电功能优异而又在阻燃、耐候条件下都能够运用的制品。
试样制备
胶料混炼工艺为：生胶薄通→参加加工助剂→ 参加补强填充剂(分别为CaCO3、白炭黑、N330)→参加增塑剂→参加硫化剂和促进剂→薄通混匀下片，制得混炼胶。停放16h，返炼，运用无转子硫化仪(GT-M2000A，高铁科技股份有限公司)测验混炼胶160℃下的硫化特性;运用平板硫化机硫化试样，硫化条件为：温度160℃，压力10 MPa，时刻t 90 。
功能测验
各项物理机械功能均按国家最新标准测验;导热功能是测验在25℃下硫化胶的热扩散率和导热系数。
结果与评论
改性CNTs的用量对氯丁橡胶混炼胶硫化特性的影响从表1可看出，跟着改性CNTs用量的添加，MH-ML的差值越来越大，阐明碳管的参加使氯丁橡胶混炼胶的硫化程度升高。t 90改变规则不显着，但有逐步增大的趋势，阐明碳管可能有推迟硫化。从表2可看出，跟着改性CNTs用量的添加，MH-ML的差值出现增大的趋势，阐明碳管的参加使氯丁橡胶混炼胶的硫化程度升高。t 90 改变规则不显着。从表3可看出，跟着改性CNTs用量的添加，MH-ML的差值改变较小，阐明碳管的参加对氯丁橡胶混炼胶的硫化程度影响不显着。t 90也无显着改变规则。
对物理机械功能的影响
①对硬度和撕裂强度的影响从图1能够看出，跟着CNTs用量的增大，三种补强填充系统下硫化胶的硬度均有上升的趋势 ， 且硬度的巨细次序为：白炭黑 > 炭黑> 碳酸钙。从图2能够看出 ， 随CNTs用量的添加，白炭黑和CaCO 3系统下撕裂强度逐步上升，但是在N330系统下，改变趋势不显着，若做二次线性拟合能够看出有下降的趋势。
②对拉伸强度、100%定伸应力和扯断伸长率的影响从图3能够看出，跟着CNTs用量的增大，拉伸强度有缓慢下降的趋势，但改变较小，阐明碳管的参加对的拉伸功能影响不显着。三种系统硫化胶拉伸强度的巨细次序为：N330>白炭黑>CaCO3。从图4能够看出，CNTs能够进步氯丁胶硫化胶的100%定伸应力，而且跟着其用量的添加，100%定伸应力逐步增大。其间，N330补强系统下，在CNTs用量为4份时出现凸点，以为可能与配料、实验中的差错有关，但整体改变趋势是升高的。从图5能够看出，跟着改性CNTs用量的添加，各补强填充系统下硫化胶的扯断伸长率根本不变。其间，CaCO 3系统和白炭黑系统下，二者硫化胶的扯断伸长率附近，N330系统下，硫化胶的扯断伸长率最小，显着低于别的两种系统下的伸长率。从图6能够看出，CNTs用量对三种系统下的DIN磨耗影响根本相同，都有下降的趋势。
对硫化胶电阻率的影响从表4能够看出，CaCO3系统下，CNTs用量在0~3份时硫化胶的表面电阻率(ρ s )和体积电阻率(ρ v)改变较小，且规则不显着;当用量为4~5份时，ρ s 、ρ v下降显着。白炭黑系统下改变根本相同。以为是参加的改性CNTs在氯丁胶内并没有很好的构成导电通路。在N330系统下，其ρ s和体积电阻率远小于别的两种系统下相应的电阻率。阐明是炭黑的涣散在氯丁胶内起到了很好的导电效果，但随CNTs用量的添加，ρs和ρv根本无改变。
对硫化胶导热功能的影响从表5中能够看出，随CNTs用量的添加，三种系统下硫化胶导热功能均有所进步，热扩散率和导热系数逐步增大。其间，相同用量CNTs的硫化胶热扩散率的巨细次序为：N330>白炭黑>CaCO3 。导热系数上升最快的是白炭黑补强系统，而别的两种系统下导热系数略有升高。
定论
随改性CNTs用量的添加：
(1)CaCO3填充系统下MH-ML的差值越来越大，t 90改变规则不显着，但有逐步增大的趋势;白炭黑补强系统下，MH-ML的差值出现增大的趋势，t 90改变规则不显着;N330补强系统下，MH-ML的差值改变较小，t 90 也无显着改变规则。
(2)硫化胶的硬度均有上升的趋势，且硬度的巨细次序为：白炭黑>炭黑>碳酸钙。白炭黑和CaCO 3系统下撕裂强度逐步上升，但是在N330系统下，改变趋势不显着，若做二次线性拟合能够看出有下降的趋势。
(3)拉伸强度有缓慢下降的趋势，但改变较小，三种系统硫化胶拉伸强度的巨细次序为：N330>白炭黑>CaCO 3;100%定伸应力逐步增大。
(4)扯断伸长率根本不变。其间，CaCO3系统和白炭黑系统下，二者硫化胶的扯断伸长率附近，N330系统下，硫化胶的扯断伸长率最小，显着低于别的两种系统下的伸长率。DIN磨耗有下降的趋势。
(5)CaCO 3 系统下，CNTs用量在0~3份时硫化胶的表面电阻率(ρs )和体积电阻率(ρv )改变较小，且规则不显着;当用量为4~5份时，ρs、ρv 下降显着。白炭黑系统下改变根本相同。N330系统下，其ρs 和体积电阻率远小于别的两种系统下相应的电阻率，ρs 和ρv 根本无改变。
(6)导热功能均有所进步，热扩散率和导热系数逐步增大。相同用量CNTs的硫化胶热扩散率的巨细次序为：N330>白炭黑>CaCO3。导热系数上升最快的是白炭黑补强系统，而别的两种系统下导热系数略有升高。
智米石墨烯
