碳纳米管增强镁基复合材料导热性能研究

镁及其合金是目前最轻的金属结构材料,合金化虽然提升了镁合金的力学性能,但导致其导热性能严重下降,限制了镁合金的应用。碳纳米管(CNTs)因具有优异的力学、热学等性能,是最理想的增强体之一,可以用于改善镁合金的力学性能和热学性能。采用粉末冶金法分别以纯Mg、Mg-9Al合金、Mg-6Zn合金为基体制备了不同CNTs含量的镁基复合材料,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合材料微观组织、基体与增强体界面及析出相进行表征,并对复合材料的拉伸性能和热学性能进行测试。研究结果表明,当CNTs质量分数不超过1.0%时,可提高纯镁基复合材料的导热性能,力学性能仅有稍微降低;将CNTs添加到Mg-9Al合金中,可以促进纳米尺度β-Mg 17 Al 12相在CNTs周围析出,降低了Al在Mg基体中的固溶度,使CNTs/Mg-9Al复合材料的导热性能有所提高。此外,在CNTs/Mg-6Zn复合材料界面处存在C原子和Mg原子的相互嵌入区,这种嵌入型界面不仅有利于复合材料力学性能的提高,也使CNTs起到加速电子移动的“桥”的作用,有利于该复合材料热导率的提高。当CNTs质量分数为0.6%时,CNTs/Mg-6Zn复合材料具有较为优异的热学性能和力学性能,其热导率为127.0 W/(m·K),抗拉强度为303.0 MPa,屈服强度为204.0 MPa,伸长率为5.0%。     

耐高温聚酰亚胺导电复合材料的性能

采用涂膜法制备了以碳纳米管(CNTs)、乙炔黑和石墨粉为导电填料的聚酰亚胺(PI)导电复合材料,研究了其电学性能、力学性能和粘接性能。结果显示,PI/CNTs导电复合材料有较好的综合性能。     

OMMT/EP/CF三元复合材料的制备及耐热性能研究

为了提高碳纤维复合材料的热学性能及高温力学性能,通过有机化蒙脱土改性环氧树脂(EP)制备了有机化蒙脱土/环氧树脂/碳纤维(OMMT/EP/CF)三元复合材料,研究了有机化蒙脱土在环氧树脂中的插层效果,有机化蒙脱土的类型与加入份数对OMMT/EP/CF三元复合材料力学性能及热学性能的影响,同时研究了温度对OMMT/EP/CF三元复合材料的力学性能的影响.研究表明,加入了有机化蒙脱土后,复合材料的力学性能及热学性能均有较大幅度的提高,同时还表明随着温度的升高,复合材料的性能逐渐降低.     

碳纳米管/粉末丁苯橡胶复合材料的热学性能

将碳纳米管(CNTs)及其它配合剂制成悬浮液,与丁苯胶乳共混,然后利用喷雾干燥法制备CNTs/粉末丁苯橡胶复合材料,检测其热学性能,并进行相应的理论分析。结果表明,随着CNTs加入量的增加,橡胶复合材料的热分解温度逐渐增加,CNTs/橡胶复合材料的热导率逐渐提高,当CNTs体积百分比含量约为22%,即CNTs加入量为60 phr时,与纯胶样品相比,复合材料的热导率提高近1倍。理论分析表明,由于CNTs自身的弯曲和缠绕以及混酸氧化对CNTs自身导热性能的破坏,复合材料热导率的实测值与理论计算值存在一定差距。     

LD-144改性氮化铝/环氧树脂新型电子封装材料的性能研究

采用钛酸酯偶联剂LD-144对AlN粉末进行表面改性,通过机械搅拌,超声波处理制备AlN/环氧树脂(EP)新型高导热电子封装材料。研究不同钛酸酯偶联剂含量及AlN粉末含量对复合材料的导热性能、热膨胀系数以及介电性能等的影响。结果表明:偶联剂对AlN粉末的改性有利于其与基体EP的界面结合,且随着填料AlN含量的增加,复合材料的导热性能提升明显,热膨胀系数有一定程度的下降。     

氮化铝/氮化硼/碳纳米管/硅橡胶复合材料的力致填料取向对导热性能的影响

随着科学技术的发展,电子元器件发热量大幅度增加,因此开发兼具高导热和高绝缘性能材料日益迫切。以甲基乙烯基硅橡胶（SR）为基体,碳纳米管（CNTs）、六方氮化硼（BN）以及氮化铝（AlN）为导热填料,通过机械共混法制备导热复合材料。研究3种导热填料复配对复合材料的导热性能、绝缘性能和力学性能的影响,研究填料取向对复合材料导热性能的影响,研究材料表面温升与加热时间的关系。采用Agari模型预测复合材料的理论热导率。通过热红成像、扫描电子显微镜、X射线衍射分析、热重分析等对复合材料进行表征。结果表明：随着复配导热填料中AlN用量的减少,BN和CNT_S用量的增加,复合材料的热导率逐渐升高;当AlN为80 phr,BN为68 phr,CNTs为2 phr时,复合材料的垂直热导率为1.857 W·m^-1·K^-1,平行热导率为2.853 W·m^-1·K^-1,体积电阻率为2.18×10¹² Ω·cm,拉伸强度达4.3 MPa,复合材料的综合性能较好。     

碳纤维对聚碳酸酯/氮化硼复合材料导热性能和力学性能的影响

首先制备了聚碳酸酯/氮化硼(PC/BN)复合材料,考察了BN含量对复合材料导热性能和力学性能的影响,实验结果表明BN可以提高PC的导热性能,当BN含量为30%时,PC/BN复合材料的导热系数为1.38 W/(m·K),比纯PC的导热系数提高了约7倍,但PC的力学性能损坏严重。在PC/BN复合材料中填充少量碳纤维(CF),结果表明少量CF的加入,不仅可以进一步提高PC/BN复合材料的导热性能,而且还可以较显著地改善其力学性能。当CF含量为7%时,PC/BN/CF的导热系数、拉伸强度、弯曲强度和冲击强度比PC/BN复合材料的分别提高了14.5%,113%,64%和157%。     

碳纳米管对碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

为了探讨碳纳米管(CNTs)对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/ER复合材料)力学性能与疲劳寿命的影响,利用静态拉伸实验和拉-拉疲劳实验沿纤维方向对CF/ER复合材料和CNTs增强CF/ER复合材料(CNTs/CF/ER复合材料)进行了对比研究,同时利用X射线仪与扫描电镜对试样进行了观察.研究结果表明,CNTs的加入,虽然对CF/ER复合材料的拉伸力学性能影响不明显,但可以提高高周疲劳寿命约4倍,使各种实验应力水平下的裂纹密度降低9.5％以上,并可观察到试样中CNTs的拔出、破裂及桥联作用.由此可见,CNTs的加入可明显改善CF/ER复合材料的疲劳寿命.     

碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备及其电化学性能研究

采用原位聚合法,以2,4-二氨基-6-氯嘧啶(DCP)、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)和碳纳米管(CNTs)为原料,制备碳纳米管/聚酰亚胺(CNTs/PI)复合材料,并且对它们的分子结构、结晶性、微观形貌和电化学性能进行研究。结果表明,CNTs/PI复合材料属于半晶型材料,PI均匀地包覆在CNTs的表面。CNTs/PI复合材料具有较好的电化学氧化还原行为,随着CNTs含量的增加,复合材料的氧化电位逐渐向高电位移动,还原电位逐渐向低电位移动,这主要是由于CNTs的加入导致复合材料失电子能力减弱,得电子能力增强的结果。     

碳纤维-AlN/聚醚醚酮复合材料的制备与性能

以聚醚醚酮(PEEK)为基体树脂、碳纤维(CF)和氮化铝(AlN)为填料,通过模压成型的方法制备了抗静电耐热型CF-AlN/PEEK复合材料。采用高阻计、导热系数测定仪、热失重、差示扫描量热仪和SEM研究了CF-AlN/PEEK复合材料的抗静电性能、热性能、力学性能以及降温速率对复合材料性能的影响,并探讨了后期热处理对力学性能的影响。结果表明:当CF和AlN的质量分数均为10%时,CF-AlN/PEEK复合材料的性能较优,其表面电阻率达到108 Ω,比PEEK的表面电阻率提高了6个数量级;导热系数为0.418 W·(m·K)-1,初始分解温度高达573℃;拉伸强度提高了40.4%;降温速率越低,复合材料的熔点越高;后期热处理会影响CF-AlN/PEEK复合材料的力学性能,在270℃下热处理2 h,其拉伸强度可达146 MPa,表明在生产过程中,加工温度是影响复合材料性能的因素之一。      

Mechanical, thermal and electrical properties of aluminum nitride/polyetherimide composites

The mechanical, thermal and electrical properties of modified AlN/polyetherimide (PEI) composites were investigated. It revealed that the surface of AlN modified by silane could effectively increase the adhesion with matrix, which was beneficial for AlN to reinforce the polyetherimide matrix. After silane modification, the AlN showed good dispersion and wetibility in the polyetherimide matrix and imparted excellent mechanical, electrical and thermal properties. The tensile strength, modulus, electrical and thermal stability were improved with the increasing of AlN content. The tensile strength of AlN/PEI composites increased by 27% when 12.6 vol.% AlN was added to neat polyetherimide. The thermal conductivity of the 57.4 vol.% AlN/PEI composites increased three times compared with neat polyetherimide. Test results indicate that the silane grafted AlN incorporated into the polyetehetimide matrix effectively enhance the thermal stability, thermal conductivity and mechanical properties of the polyetherimide composites.     

CNTs/Mg-9Al复合材料微观组织、力学及导热性能EI北大核心

研究了CNTs的加入对Mg-9Al镁基复合材料时效行为的影响,探讨了时效处理过程中微观组织、力学性能及导热性能的演变规律。结果表明:添加的CNTs增大了基体合金中铝元素的固溶度,并在时效过程中限制晶界的迁移,在二者共同作用下,促进基体中连续β-Mg_(17)Al_(12)相的析出,且随着CNTs含量的增加,连续析出的比例增大;与基体呈共格关系的杆状连续析出相能够有效地阻碍位错运动,提高复合材料的力学性能,其中峰时效态0.4CNTs/Mg-9Al复合材料的屈服强度、抗拉强度、热扩散系数和热导率分别为275 MPa,369 MPa,34.5 mm^(2)/s和68.4 W/(m·K),相较于时效前Mg-9Al合金分别提升了17%,23%,43%和45%。     

碳纳米管表面处理及其在铜基复合材料中的应用

碳纳米管因特殊结构带来的优异性能而被海内外学者广泛关注,以碳纳米管为增强相制备铜基复合材料是使铜基导体同时具有高强度和高导电性能的有效途径。然而,由于碳纳米管表面能高、表面反应活性低,碳纳米管/铜复合材料制备的过程中存在增强体分散性差和界面结合强度弱两大问题,从而阻碍了复合材料高性能的实现。在碳纳米管/铜复合材料的制备过程中,采用适当的方法对碳纳米管进行表面处理能改变碳纳米管的表面结构和反应活性,在改善碳纳米管的分散性的同时增强碳纳米管与铜基体的界面结合,从而提高碳纳米管的增强效率,保证复合材料良好的综合性能。然而,表面处理过程可能会破坏碳纳米管的结构完整性,影响碳纳米管的本征性能,进而影响其增强效果,或可能在基体中引入其他杂质,影响复合材料的导电和导热性能。因此,在进行表面处理时应综合考虑其对碳纳米管结构性能及复合材料增强作用的影响。近年来,研究者们通过优化碳纳米管表面处理工艺突破了碳纳米管/铜复合材料在制备过程的难点,在保证铜基体优异的导电、导热性能的同时,大幅提高了碳纳米管/铜复合材料的力学性能。碳纳米管表面处理工艺类型大致可分为机械球磨、化学表面改性、表面镀层和联合表面处理四类。传统的机械球磨表面处理对碳纳米管的结构破坏较大;化学表面改性又分为共价表面改性和非共价表面改性,非共价表面改性在保持碳纳米管完整的管状结构和优异性能的同时,提高了碳纳米管在溶液中的分散性,但用于复合材料制备时会给基体引入有机杂质,影响复合材料性能;共价表面改性和表面镀层是铜基复合材料制备过程中最为常用和有效的表面处理方法,其能够在提高碳纳米管在基体中的分散性能的同时改善碳纳米管表面的反应活性,从而形成碳纳米管和铜基体之间强度较高的反应结合界面,实现碳纳米管/铜复合材料高强高导的综合性能。此外,可通过综合利用各种表面处理方法,结合各表面处理工艺的优势,获得更为优异的改性效果。本文从碳纳米管表面处理工艺的基本类型以及碳纳米管表面处理对铜基复合材料结构和性能的影响两方面阐述了碳纳米管表面处理在铜基复合材料中的应用和研究进展,并对其未来的研究方向进行了展望。     

陶瓷/碳纳米管复合材料的制备、性能及韧化机理

评述和讨论了碳纳米管增强陶瓷基复合材料的制备工艺,包括碳纳米管在陶瓷基体上的分散和材料的烧结成型,添加碳纳米管后材料力学性能、导电和导热等物理性能的改善以及韧化机理,指出碳纳米管在陶瓷材料基体上的均匀分散,碳纳米管在组织中存活,碳纳米管与陶瓷基体的界面结合状态是影响碳纳米管增强陶瓷基复合材料性能提高的关键.     

微波烧结制备ZrO2-AlN复合陶瓷的微观结构与性能研究

氧化锆(ZrO₂)陶瓷具有出色的机械性能, 但其应用受到低热导率(Thermal Conductivity, TC)的限制。本研究设计并通过微波烧结制备了高热导率氧化锆-氮化铝(AlN)复合陶瓷, 优化制备条件后, 抑制了两种物质之间的反应, 获得了致密的复合陶瓷(相对密度>99%), 详细研究了该复合陶瓷的组织演变、热学性能和力学性能。研究结果表明, 随着AlN含量的增加, 复合陶瓷的室温下热导率、热扩散系数和热容增加, 分别达到41.3 W/(m·K)、15.2 mm²/s和0.6 J/(g·K)。这种具有高热导率和抗热震性的ZrO₂-AlN复合复合陶瓷在能源系统的高温热交换材料领域具有广阔的应用前景。     

Additive manufacturing of CNTs/PLA composites and the correlation between microstructure and functional properties

Owing to the facile,low cost,rapid,personalization characters,3D printing method has been one of the most attractive additive manufacturing processes in medicine,airplane,packaging and printing areas.In this work,a series of carbon nanotubes/polylactic acid(CNTs/PLA) composites were prepared through the combination of molten co-extrusion and 3D printing processes.The orientation and dispersion of CNTs in PLA matrix were investigated to explore the impact of 3D printing process on the morphology of CNTs/PLA composites via transmission electron microscopy,field emission scanning electron microscopy and Raman spectroscopy.X-ray diffractometer,differential scanning calorimetry,and thermal gravity analysis were employed to study the crystal structure and thermal properties of the composites.In addition,the electrical conductivity of the prepared specimen revealed that the orientation of CNTs in PLA might enhance the conductivity of the composite.It was found that 3D printing process was beneficial to increasing the purity of CNTs,electrical conductivity and mechanical properties of CNTs/PLA composites.     

Preparation of carbon nanotube/copper/carbon fiber hierarchical composites by electrophoretic deposition for enhanced thermal conductivity and interfacial properties

A facile electrophoretic deposition method was proposed to deposit copper (Cu) and carbon nanotubes (CNTs) on the surface of carbon fiber (CF) to improve the thermal conductivity and interfacial properties of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composites. Surface morphologies, crystallographic properties, thermal conductivity, interlaminar shear strength (ILSS) and element distribution of the composites were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction, thermal constant analysis, short-beam bending tests and SEM energy-dispersive X-ray diffractometer (SEM–EDX), respectively. The results indicate that the presence of Cu and CNTs generated networks and bridges with each other, which produced continuous heat conduction pathways and significantly enhanced both the specific surface area and roughness of the fiber surface. These pathways obviously promoted an improvement in the thermal and interfacial properties. The thermal conductivity and ILSS of the CNTs–Cu–CF/epoxy composites increased by 292 and 39.5%, respectively, compared with CF/epoxy composites. Therefore, this method is anticipated to be utilized in the future fabrication of multifunctional CFRP composites.