碳纳米管复合材料及纳米金刚石复合材料的制备与性能研究

论文摘要

碳纳米管和纳米金刚石是最有特征的纳米材料,具有非常独特、十分完美的微观结构、大比表面积、同时具有超常的力学性能,被认为是纳米复合材料的理想添加相,成为制备超强纳米复合材料的极限形式。碳纳米管复合材料及纳米金刚石复合材料制备与性能研究是当前研究的热门课题之一。本文综述了当前碳纳米管复合材料及纳米金刚石复合材料的最新研究进展,紧紧围绕碳纳米管复合材料及纳米金刚石复合材料这个当前研究热点,在环氧树脂/碳纳米管复合材料、环氧树脂/纳米金刚石复合材料和金属/碳纳米管复合材料这三个重要的研究方向开展研究工作。对碳纳米管复合材料及纳米金刚石复合材料的制备工艺、结构表征、性能测试和机理分析等进行了系统的研究。主要内容如下:1.利用碳纳米管作为插层剂来改性粘土。XRD和TEM结果表明粘土完全剥离。将这种新型纳米复合结构材料（简写为E-MMT）作为添加相对环氧树脂进行改性。力学性能测试结果表明这种添加相能够显著提高环氧树脂的力学性能。这种显著的增强效应是由于粘土片层间碳管的生长,使粘土在环氧树脂中完全剥离,使母体与增强剂之间产生了一种机械锁定。2.利用微量（0.1 wt%）的纳米金刚石来对环氧树脂的力学性能进行改进。发现用高能超声的方法可以有效地提高纳米金刚石在环氧树脂母体里的分散性。力学性能测试结果表明,同纯环氧树脂相比,0.1 wt%纳米金刚石/环氧树脂复合材料的维氏硬度,冲击强度和杨氏模量分别提高了39.5%,52.7%和54.2%。3.利用超声辅助甲醛还原的方法快速合成了PtRu/MWCNT复合催化剂。所得到的催化剂材料具有很好的分散性和均一的粒径分布,PtRu具有很高的合金度。整个合成过程仅耗时5 min。电化学测试表明,同传统催化剂相比,该催化剂对甲醇氧化具有更优异的催化能力和稳定性。这种方法简单,有效,环保。有望用于商业催化剂的制备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米复合材料的概述
• 1.1.1 纳米复合材料的定义和分类
• 1.1.2 纳米复合材料的发展
• 1.2 碳的同素异形体
• 1.3 碳纳米管的性质与应用
• 1.3.1 碳纳米管的特性
• 1.3.2 碳纳米管的应用
• 1.4 纳米金刚石的性质与应用
• 1.4.1 纳米金刚石的性质
• 1.4.2 纳米金刚石的应用
• 1.5 碳基纳米复合材料的研究进展
• 1.5.1 聚合物/碳纳米管纳米复合材料的研究进展
• 1.5.2 聚合物/金刚石纳米复合材料的研究进展
• 1.5.3 金属/碳纳米管纳米复合材料的研究进展
• 1.6 论文选题思路与研究目的
• 参考文献
• 第二章 碳管插层粘土/环氧树脂复合材料的制备及性能研究
• 2.1 引言
• 2.1.1 蒙脱土的结构
• 2.1.2 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的结构
• 2.1.3 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备
• 2.1.4 蒙脱土的有机改性
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 剥离型粘土-碳管复合材料的制备
• 2.2.2 E-MMT/EP纳米复合材料的合成
• 2.2.3 样品表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 纳米粘土的结构表征
• 2.3.2 环氧树脂复合材料的结构表征
• 2.3.3 环氧树脂复合材料的维氏硬度
• 2.3.4 环氧树脂复合材料的冲击强度
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 纳米金刚石/环氧树脂复合材料的制备及性能研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 纳米粉体的颗粒形态和团聚机理
• 3.1.2 纳米粉体的分散方法
• 3.2 实验
• 3.2.1 环氧树脂/纳米金刚石复合材料的制备
• 3.2.2 环氧树脂/纳米金刚石复合材料的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 纳米金刚石的TEM图
• 3.3.2 纳米金刚石的红外谱图分析
• 3.3.3 纳米金刚石在环氧树脂体系中的分散性
• 3.3.4 环氧树脂/纳米金刚石复合材料的透光性
• 3.3.5 环氧树脂/纳米金刚石复合材料的微氏硬度
• 3.3.6 环氧树脂/纳米金刚石复合材料的拉伸强度
• 3.3.7 环氧树脂/纳米金刚石复合材料的杨氏模量
• 3.3.8 环氧树脂/纳米金刚石复合材料的断面分析
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 PtRu与多壁碳纳米管复合材料的超声制备及性能研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 燃料电池简介
• 4.1.2 燃料电池的工作原理和特点
• 4.1.3 直接甲醇燃料电池
• 4.1.4 DMFC阳极催化剂
• 4.2 实验
• 4.2.1 多壁碳纳米管的表面功能化
• 4.2.2 催化剂制备
• 4.2.3 催化电极的制备
• 4.2.4 表征
• 4.3 结果讨论
• 4.3.1 碳纳米管的表面氧化
• 4.3.2 PtRu/MWCNTs的拉曼分析
• 4.3.3 PtRu/MWCNTs的XRD分析
• 4.3.4 PtRu/MWCNTs的TEM分析
• 4.3.5 PtRu/MWCNTs的EDS分析
• 4.3.6 PtRu/MWCNTs的电化学性能
• 4.3.7 PtRu/MWCNTs的超声合成机理示意图
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 作者简历及硕士在读期间发表论文目录
• 致谢