碳纳米管-碳纤维分级结构微纳米复合材料(2)
1.2.1 掺杂法制备碳纳米管-碳纤文复合材料
掺杂法，指将碳纳米管分散在树脂基体中，再与碳纤文结合制备成碳纳米管-碳纤文多尺度增强复合材料。碳纳米管自身微观结构的力学性能可用来充当微尺度的增强体，并且分散碳纤文增强体的力学负荷。掺杂后，碳纳米管和碳纤文在力学作用下能够更好的结合，增加基体的粗糙度，从而使复合材料增强体和基体间的界面能够明显的增强。当碳纳米管的浓度达到或超过导电流的阈值浓度时，碳纳米管之间彼此衔接，使碳纳米管之间的电子传输更有利，从而整体复合材料的电学性能、力学性能、导热性能及电磁屏蔽性能都能够得到大幅度的提升。
该方法的优点是步骤简便，工业成本较低，并在工业生产中得到了实现与应用。但缺点是，由于碳纳米管自身的微尺度结构，以及树脂基体的较大粘性，限制了碳纳米管的分散浓度，且容易出现团聚现象。
1.2.2 接枝法制备碳纳米管-碳纤文复合材料
由于用掺杂法制备而成的碳纳米管-碳纤文多尺度增强复合材料的性能受到很多方面例如粘性、滤过性的限制，以及整体性能也受到方向的选择和基体的流动性问题的约束，因此经研究，采用接枝的方式将碳纳米管接入到纤文表面，能够更大范围的提升复合材料的整体性能。
目前，常见的接枝方式主要有以下四种。
1.直接生长法：指在碳纤文表面直接合成并生长出碳纳米管，其中化学气相沉积法（CVD）【8-13】是目前文献报道中涉及最多、最常用的一种方法，而且碳纳米管的生长方向也易于控制。该法还包括催化剂沉积、等体积浸渍法、聚合物-金属复合沉积、热蒸发以及电沉积技术等【7】。
CVD方法对于接枝密度起到了很大的作用，并且随着接枝密度的增加，其界面性能也得到了一定的增加。此外也规范了碳纳米管生长方向。然而该方法也存在一些缺点，首先碳纤文与碳纳米管之间采用的是范德华力的物理键连接方式，这种方式易使复合材料在受力时，碳纳米管与碳纤文之间产生分离。其次，制备时不可避免地引入了高温和催化剂，使碳纤文增强体本身的力学强度受到了破坏，因此使复合材料的力学性能减弱。
2.电泳沉积法：指以电泳原理为基础，在外加电场的作用下阳离子向阴离子运动，阴离子向阳离子运动，通过化学反应使碳纳米管接枝到碳纤文表面的过程。碳纳米管和碳纤文具有良好的电学性能，并且碳纳米管在电场力作用下可以定向移动，将其接枝至碳纤文表面，可以制备出碳纳米管-碳纤文多尺度增强复合材料。这种方法要求溶剂为非离子型溶剂，以使溶剂不会被电离。碳纳米管和碳纤文也需要提前预处理，并且碳纳米管在电泳液中必须保持良好的分散状态，以避免在沉积之前团聚，影响沉积效果。而要保证分散的稳定性，需对其进行纯化，使其具有极性官能团，如羧基、羟基等。在极性官能团的作用下，碳纳米管会在接触碳纤文表面之前一直保持定向移动。而碳纳米管的长径比又比较大，所以碳纳米管通常以垂直于碳纤文的方向移动，这是接枝的良好基础。
2007年加州大学河边分校的Bekyarova 教授等人利用电泳法制得了具有良好形貌和力学性能的碳纳米管-碳纤文多尺度增强复合材料，不过得到的材料接枝密度不高。2010年中国中科院煤化所的郭金涛等人利用超声辅助的方式进行了电泳实验，成功增加了复合材料的接枝密度，然而其界面性能并未得到显著提高。因此电泳沉积法的优点是成本低廉，操作简单，可使碳纳米管与碳纤文接枝时的团聚问题得到有效解决，同时制备出的产品可以不受大小和形状的限制。但是碳纳米管在不同的分散剂中，沉积在碳纤文表面的均匀性也不同，不容易控制沉积的均匀性，因此得到的复合材料的力学性能以及界面性能通常也比较弱。
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