碳纳米管增强铜基复合材料的制备技术研究

高强度高导电铜基材料是一种应用广泛的功能材料,而将碳纳米管作为增强相来制备铜基复合材料可望得到性能优良的高强度高导电材料。碳纳米管的分散性以及与铜基体的界面结核性是制备具有优良性能材料的关键,介绍了对碳纳米管进行表面处理的方法并提出采用区域熔炼法来制备碳纳米管增强铜基复合材料的工艺,通过前期实验证明该工艺可以改善碳纳米管与铜基体的结合性。     

碳纳米管／锡基轴瓦合金复合减摩镀层的制备

采用复合电沉积方法在铜基轴瓦合金的表面制备碳纳米管/锡基轴瓦合金复合减摩镀层,研究了电沉积工艺参数对碳纳米管/锡基复合镀层的组织与性能的影响.结果表明,当阴极电流密度为1.5A/dm2,镀液中碳纳米管的质量浓度为2 g/L、镀液的pH值为1时,镀层生长良好,碳纳米管分布均匀.     

激光辅助低压冷喷涂CNTs/Cu复合涂层耐腐蚀性能研究

以铜基材料的修复再制造需求为牵引，采用激光辅助低压冷喷涂技术制备了CNTs/Cu复合涂层并研究其耐腐蚀性能。研究发现，由于表面镀铜及激光加热的协同作用，镀铜CNTs均匀分布在复合涂层中，枝晶状铜粘结相粉末之间以及CNTs增强相与铜粘结相之间均实现了良好的界面结合。由于CNTs/Cu复合涂层较低的孔隙率及CNTs本身较高的比表面积，可以阻止腐蚀液渗入涂层内部，从而提升复合涂层的耐腐蚀性能。     

电流对碳纳米管增强铜基复合材料载流摩擦学性能的影响

采用粉末冶金方法在相同的工艺条件下制备纯铜和碳纳米管含量为10%（体积分数）的铜基复合材料。在一种销盘式载流摩擦磨损试验机上考察了不同电流条件下2种材料的载流摩擦磨损性能。结果表明：纯铜和铜基复合材料的摩擦系数和磨损率均随电流的增大而增大,但是电流对纯铜材料的影响更加显著;纯铜材料的主导磨损机制是电弧烧蚀磨损,而铜基复合材料的主导磨损机制是塑性流动变形;碳纳米管可以改善铜基复合材料的载流摩擦磨损性能。     

Ni-CCNTs/AM60复合材料高温性能的研究

在氩气保护下,采用搅拌铸造法制备了化学包覆镍碳纳米管(Ni-CCNTs)/AM60复合材料,测试了铸态条件下复合材料的高温力学性能,并对微观组织和断口形貌进行观测和分析.结果表明:Ni-CCNTs/AM60复合材料具有良好的高温力学性能,在拉伸速度为1 mm/min以及温度为150℃时其抗拉强度达132.77MPa;当碳纳米管含量过多时,会因团聚而影响复合效果,该复合材料高温性能急剧下降;复合材料的断裂形式由韧窝和撕裂棱组成,其断裂特征更趋向于韧性断裂.     

碳纳米管铜基复合颗粒的制备

采用混酸纯化法在碳纳米管表面引入羟基和羧基等基团.利用明胶使碳纳米管均匀地分散在五水硫酸铜溶液中,用葡萄糖在碱性条件下还原得到氧化亚铜内嵌碳纳米管复合颗粒,将其还原获得铜基内嵌碳纳米管复合颗粒.SEM和TEM观察结果表明碳纳米管均匀地分布在几百纳米至1μm的复合颗粒中.XRD分析表明得到的产物是纯净的Cu2O和Cu颗粒.复合球形貌影响因素研究发现明胶在复合物成球过程中起着关键性的作用,明胶与CNTs质量比为5～7时配比效果最佳.     

低温固化电子浆料高导热性能研究进展

电子浆料作为一种性能优异的热界面材料,广泛应用于超高速电脑芯片、功率半导体器件以及高亮度LED中,可以通过低温固化方式实现芯片与热沉之间的机械连接、电连接和热连接并能满足高温环境下的使用要求。本文介绍了纳米银和碳纳米管应用于低温固化电子浆料提高导热性能的最新研究进展,基于二者对电子浆料导热结构的影响分别介绍了：1)纳米银尺寸、表面包覆剂以及烧结结构内部孪晶的形成对电子浆料导热性能的影响;2)制备定向碳纳米管阵列以及阵列连接界面改性修饰,在芯片与热沉之间形成高导热通路制备热界面材料; 3) 银修饰碳纳米管的界面效应以及其与银粉烧结键合形成三维复合导热结构对提升电子浆料导热性能的影响。并对未来纳米银与碳纳米管提高电子浆料导热性能的发展方向进行了展望。     

碳纳米管-银复合材料力学性能研究

采用粉末冶金方法制备碳纳米管-银复合材料，研究了碳纳米管的含量对碳纳米管-银复合材料的硬度、抗弯强度影响。实验表明：当碳纳米管的含量小于11％时，复合材料的密度、硬度较好，碳纳米管起到了增强作用；当碳纳米管的含量大于11％时，由于碳纳米管的团聚，导致复合材料密度、硬度迅速下降；由于碳纳米管和银的弱界面结合，以及碳纳米管在拉应力条件下载荷传递的效力比在压应力时低，使得碳纳米管对复合材料抗弯强度的增加不明显。     

碳纳米管-镁基非晶复合材料的制备及力学性能

采用铜模差压压铸的方法成功制备了碳纳米管颗粒增强镁基非晶复合材料,并对其微观结构、压缩性能、断裂强度及断口形貌进行了研究。结果表明,碳纳米管颗粒与非晶基体结合良好,其引入没有明显改变基体非晶合金的玻璃形成能力和热稳定性能;与非晶合金相比,复合材料的最大压缩强度及断裂位移有明显提高。碳纳米管在基体中复合的比较均匀,没有出现大面积团聚,并形成很多韧窝结构。     

碳纤维对镀铜石墨-铜基复合材料性能的影响

研究了镀铜石墨-铜基复合材料中镀铜碳纤维对复合材料电阻、硬度和抗弯强度的影响。结果表明：在镀铜石墨-铜基复合材料中加入镀铜碳纤维可以明显地提高其抗弯强度和硬度，但对材料的电阻率作用并不明显。     

锂硫电池用气相生长碳纤维增强硫-多壁碳纳米管复合正极的影响(英文)

制备了锂硫电池用硫-多壁碳纳米管纳米复合材料,并分别采用气相生长碳纤维(VGCFs)和导电炭黑作为复合正极的导电添加剂,通过形貌表征(SEM)、恒流充放电测试和交流阻抗分析(EIS)研究VGCFs对硫-多壁碳纳米管复合正极的影响。结果表明:采用VGCFs作添加剂的硫-多壁碳纳米管复合电极具有三维网状结构,其首次放电比容量为1254 mA·h/g,40次循环后容量保持在716 mA·h/g。与采用导电炭黑为添加剂的电极相比,采用VGCFs为添加剂的电极具有更高的活性物质利用率和更好的循环稳定性。相互搭接的纤维状VGCFs可形成稳定的导电网络,抑制正极材料及残存放电产物的团聚堆积,维持电极的多孔性,从而改善电池的电化学性能。     

铝合金表面多层复合纳米碳管/钛的激光合金化

在铝合金表面使用真空镀的方法形成CNT8／Ti／AL／…多层复合，经激光合金化形成复合涂层。利用X射线衍射、扫描电镜对复合层相构成及微观组织进行了分析。结果表明，复合层中存在着TiC颗粒和碳纳米管CNTs；CNTs仍保留其原有的管状结构，且在复合层中相互缠绕呈网状均匀弥散分布；反应原位合成的TiC颗粒尺寸均匀细小，附着于CNTs上从而改善了CNTs与基体之间的结合性能；复合涂层已合金化，与基体的界面为冶金结合。     

纳米碳管增强镁基材料的复合工艺及性能研究

采用正交试验方法研究了碳纳米管加入量、复合温度、搅拌时间等工艺参数对用铸造方法制备纳米碳管增强镁基复合材料过程的影响,并探讨了这些工艺参数对复合材料力学性能和显微组织的作用.试验结果表明:碳纳米管(CNTs)能明显细化复合材料的晶粒组织,提高复合材料的抗拉强度、伸长率.在3个工艺参数中,CNTs对材料的力学性能影响最大,其含量约为1%时对力学性能最为有利;其次是加热温度,温度取低值(680 ℃)较好;搅拌时间在3 min时,其综合性能较好.影响材料拉伸强度的3个因素最优组合为A 2B 1C 3,影响伸长率的3个因素的最优组合为A 2B 1C 3.     

碳纳米管增强金属基复合材料磨损特性研究

研究了增强体的含量和试验条件对碳纳米管增强铜基和ZnAl27合金基复合材料的磨损行为的影响。两种复合材料都存在着跑合和稳定磨损的阶段，在跑合阶段主要为磨粒磨损，稳定磨损阶段主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损过程。通过对磨损表面和磨屑的显微观察分析了两种复合材料的磨损机制，表明碳纳米管改善了基体金属的耐磨损性能和强度，在碳纳米管质量含量达到3％～5％时，铜基和ZnAl27基复合材料达到最好的耐磨损性能。     

雷达吸波涂层材料的研究进展

讨论了电磁波的吸波机理,及其性能测量和计算方法,叙述了电阻型损耗、介电损耗、磁损耗型三种损耗机制的涂层材料及其电磁波吸收损耗机理,对不同种类的吸波材料在雷达波隐身方面的应用进行了全面的综述,介绍了这一研究方向的最新进展,并分析了每种材料的主要特点。重点讨论了铁氧体、碳纳米管、导电高聚物等吸波材料的微观结构、化学性质、电磁特性对吸波性能的影响。对于磁损耗材料来说,良好的磁性能是其不可忽视的优点,但其密度高,稳定性较差,影响了其性能发挥。针对其存在的缺点,通过掺杂改性、共混等方式可提升涂层材料的吸波性能。在碳系材料中,多壁碳纳米管的吸波性能较好,将磁损耗吸波材料与碳纳米管进行复合、包覆是目前吸波性能提高的主要手段。导电聚合物等新型吸波材料具有质量轻、导电性好的特点,单独使用时,阻抗匹配性差,通过对其掺杂改性或与磁损耗型材料复合,可增强其阻抗匹配性,提升吸波性能。最后,指出了雷达吸波材料未来的研究发展方向。     

CNTs增强金属铜复合泡沫的制备工艺及电磁屏蔽性能

目的金属铜泡沫是一种综合性能优良的电磁屏蔽材料,采用碳纳米管(CNTs)对其进行复合,拟进一步改善其电磁屏蔽性能。方法以三聚氰胺泡沫为模板,采用化学镀和电沉积技术相结合的工艺,制备CNTs增强金属铜泡沫。在对基底泡沫进行化学镀银实现导电化的基础上,研究了电沉积时间、CNTs含量以及后续热处理对复合泡沫形貌及镀层结构的影响。并采用矢量网络仪对CNTs增强金属铜复合泡沫的电磁屏蔽性能进行了测试。结果化学镀银采用Ag NO3质量浓度为20 g/L、反应温度为25℃的条件时,银镀层较为均匀完整。复合泡沫的孔隙率随电沉积时间的增加而变小;CNTs体积分数为1.134%的复合泡沫镀层致密连续,CNTs分布较为均匀且无团聚现象。热处理后,复合镀层微观表面更加平整致密。在8.2～12.4 GHz范围内,CNTs/Cu复合泡沫的平均电磁屏蔽效能SE为43.07 dB,平均高出纯铜泡沫约18.77 dB。结论 CNTs均匀分散嵌入铜泡沫骨架的结构中,对于吸收损耗和反射损耗都有明显的提升效果,复合泡沫的总体电磁屏蔽性能得到显著提升。     

TiB2对铜-石墨基复合材料性能的影响

TiB2与铜-石墨基复合材料的界面结合及TiB2在基体中的分布是影响复合材料性能的重要因素。为提高材料的强度和电导率,用镀铜TiB2制备复合材料。通过金相显微镜和扫描电镜观察材料的显微组织,并测试其电导率。结果表明,在粒度细小的镀铜TiB2表面均匀包覆金属铜,在压制压力和烧结温度合适的条件下,复合材料的组织均匀,致密性好,TiB2在铜-石墨基体中弥散分布,铜基体形成连续三维网络结构,这种组织形态使复合材料的电导率和强度明显提高。     

定向碳纳米管薄膜的制备及可控浸润性

利用热化学气相沉积系统(CVD),用乙炔为碳源,氮气为载气,氢气为还原气体,氨气为刻蚀气体,在单晶硅上制备定向碳纳米管薄膜.通过扫描电镜(SEM)观察不同反应温度对碳纳米管薄膜的形貌影响,并通过接触角测量仪评估薄膜的浸润性.结果表明,生长温度对碳纳米管薄膜的定向性程度及其尺度有很大的影响,温度太低不利于定向碳纳米管的形成,太高也会阻碍定向生长,适合定向碳纳米管生长的温度在850℃左右;通过生长温度改变碳纳米管薄膜的表面微观形貌就可以大幅度地调控其表面的浸润性能,从亲水79.9°到超疏水155.4°.碳纳米管的定向程度、尺寸和浸润性等特性可以用生长温度来加以调控.     

碳纳米管-导电聚合物复合材料与电化学储能

介绍了本研究组近年在电化学合成碳纳米管-导电聚合物多孔复合材料薄膜及其电化学电容性能和材料结构方面的主要研究结果.酸氧化制备表面带羟、羧基团的碳纳米管中性或弱酸性悬浊液,在其中溶入导电聚合物单体后,视情况决定是否添加电解质电解,在阳极上共沉积出复合材料薄膜,其电化学电容超过3 F·cm-2(vs.电极表观面积).考察各种实验结果,提出5种纳米管-聚合物相互作用机理及其对改善材料电化学电容性能的贡献.     

碳纳米管铜基复合材料的制备

利用CVD法制备多壁碳纳米管，并对其进行亲水化表面处理。在存在表面活性剂的情况下，利用共沉积法制备碳纳米管一超细铜粉复合粉体。复合粉体经还原后，采用冷压烧结、六面顶热压、真空热压烧结和真空热压后热轧4种不同工艺成型。利用SEM和XRD比较了这几种工艺成型的复合材料结构和被氧化的情况。结果表明，采用真空热压后热轧工艺制备的碳纳米管铜基复合材料的致密度较高且能有效地防止被氧化。