1997年,Bachtold等人在碳纳米管中实现了对AAS效应的测量进行了报导,为了碳纳米纤维于电磁学层面的应用提供了见识的量子理论基础。在电磁学方面纳米碳纤维再次表现出了令人满意的特性,有取代电磁学传统金属材料的潜质,一旦在这一方向取得决定性的突破,对于已经接近瓶颈的电器元件生产工艺无疑将是一次性的飞跃。

1.2.4热学性能

纳米碳纤维结构特殊,长径比极高,这种特殊的结构造成的结果是它的热传导率在平行和垂直轴线方向差异明显,平行于轴线方向上热传导率非常高,垂直于轴线则热传导率很低。由于传导率在垂直和平行方向有巨大的差距,通过技术手段按照使用需求控制制造纳米碳纤维能够得到性能优异的的各向异性热传导材料[8]。

1.3纳米碳纤维部分应用领域

1.3.1改进材料力学性能

纳米碳纤维的强度,弹性,刚度等力学性质十分强大,但目前由于技术手段的限制很难大规模生产纯粹的纳米碳纤维产品,纳米碳纤维目前最具有效率的使用方式是作为添加剂加入其他复合材料之中增强复合材料相应的物理特性,实际应用举两例如下:

1)增强金属基复合材料金属基纳米复合材料是目前新型复合材料技术开发的最重要领域之一,它们强度刚度高,韧性高,在高温和潮湿环境中都有出色的稳定性,还有诸多电磁学和热学特性,在现代高精生产工业领域(如飞行器,汽车制造,电子等)使用甚多甚广。纳米碳纤维作为一种在性能优越的纳米材料,将其与金属基体相结合,有望制备出具有优异综合性能的新型复合材料。

采用粉末冶金法、熔铸法、搅拌铸造法、热压法、电沉积法、化学共沉积法和原位合成法,以碳纳米管作为增强相,与一种金属复合,显著提高了金属基复合材料的力学和耐腐蚀性能。通过表面活性剂使碳纳米管均匀分散在镀液中,不仅提高了碳纳米管在复合镀层中的复合量,而且使碳纳米管在复合镀层中均匀分布,这种复合镀层硬度达到946HV,并且在润滑状态下比SiC增强的复合镀层具有更优的减摩抗磨性。进一步研究了碳纳米管复合镀层在不同摩擦组合下的摩擦学行为,结果是由两个碳纳米管复合镀层组成的摩擦组合表现出最低的摩擦系数和磨损量。在碳纳米管管内填充金属或金属氧化物以及在碳纳米管的表面包覆一层连续、均匀、致密的金属(或金属氧化物)涂层,将提高碳纳米管在金属基体中的分散性和相容性[9,10]。

应用纳米碳纤维技术的金属基复合材料亦已在航天飞行器方面展现出巨大的商业潜力,有望在机体减重,增加构件强度,减少工艺损耗和环保方面取得突出表现。各大飞行器制造商也开始重视复合材料在机体和零件构造方面的巨大优势,逐步增加机体制造中复合材料的使用。

2)增强陶瓷复合材料的断裂韧性陶瓷复合材料拥有机械强度高,热学稳定性和化学稳定性高的特点,故它们通常是耐磨和高温应用的材料,然而这些材料的主要缺点是其脆性。在业界通过利用各种能量吸收机制改进生产工艺后,终于在提高陶瓷的韧性方面取得了实质性进展[11]。使用碳纤维与大块陶瓷相结合得到的复合材料拥有良好的韧性表现;

然而,微米级纤维不能有效地用于增韧涂层。纳米级纤维的较小尺寸以及这些材料优异的机械和热性质使它们成为用于增韧陶瓷涂层的理想增强材料。这些增强物的较大界面面积和优异性能可潜在地改善纳米复合陶瓷涂层中的强度和韧性,生长多壁碳纳米管(MWCNT)增强氮化硅涂层以评价纳米管在陶瓷涂层中的韧性贡献。首先使用乙炔的催化化学气相沉积在硅衬底上生长MWCNT阵列。然后通过二氯硅烷(DCS)和氨(NH3)的低压化学气相沉积,用无定形氮化硅基体浸润该对准的MWCNT预制件。通过使用纳米压痕产生裂纹,然后使用有限元分析来估计MWCNT的桥接韧性贡献来确定该材料的断裂韧性[12,13]。

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