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  本文關鍵詞：碳納米管的分散性及其水泥基復合材料力學性能，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《大連理工大學》 2013年

碳納米管的分散性及其水泥基復合材料力學性能

韓瑜  

【摘要】：碳納米管是一種納米級纖維,根據(jù)碳原子層數(shù)的不同分為單壁碳納米管(SWCNTs)和多壁碳納米管(MWCNTs)兩種。1991年日本電鏡學家IijimaS在制備C60的過程中發(fā)現(xiàn)了單壁碳納米管,兩年之后Iijima又成功制備了多壁碳納米管,其研究和發(fā)現(xiàn)在世界范圍內(nèi)掀起了研究熱潮。目前,針對碳納米管改善復合材料各方面性能的研究己成為一個熱點,碳納米管的各項性能優(yōu)于傳統(tǒng)纖維材料,大量研究表明,其超強的力學性能可以很大程度地提高水泥基復合材料的力學性能；優(yōu)異的電學和光電特性可以提高聚合物材料的電導率以及制備新型光電聚合物復合材料；其獨特的結構可以用來制備金屬或金屬氧化物填充的一維納米復合材料。 水泥混凝土是目前世界上應用量最大的建筑材料,它具有成本低,原料豐富,造價低廉,施工方便,工藝簡單,可按需成型等優(yōu)點。然而,普通水泥混凝土同樣具有自重大,抗拉、抗折強度低,脆性大,抗裂性差等缺點,為了克服這些問題,目前普遍采用的方法是纖維復合水泥基材料,這種方法克服了普通混凝土材料高脆、低韌的缺點。因此具有高強度、高彈性模量、高耐久性的新型納米級纖維碳納米管已經(jīng)成為當前迫切需要的增強增韌材料。 然而,碳納米管具有極大的長徑比,而且管間存在強的van der Waals吸引力,其一般呈束狀纏繞及團聚狀態(tài),幾乎不溶于水及有機溶劑。對于復合材料而言,添加相在基體中的分散均勻性是影響材料性能的一個相當重要的指標,分散越均勻,作用越明顯,材料的整體性能越好。因此如何提高碳納米管的分散性能,消除其團聚,成為制備碳納米管復合材料的前提條件。針對碳納米管的分散性問題,本文做了如下研究： (1)以阿拉伯膠(GA)、曲拉通(Tx100)、十六烷基三甲基溴化銨(TB)、十二烷基磺酸鈉(SDS)4種表面活性劑(SAA)為MWCNTs的分散劑,采用SAA超聲分散法及酸處理法制備了11種分散液。結合靜置離心法研究了不同種類SAA單摻的分散效果,結果表明：單摻GA對MWCNTs分散效果最好,離心170min后才開始分層。采用紫外分光光譜吸光度法評價了不同種類SAA復摻及SAA摻量變化對MWCNTs分散性能的影響,測試結果表明：復摻Tx100與GA效果最好；當GA摻量為0.45g/L時效果最好；比較二者分散效果后知：GA摻量為0.45g/L的懸浮液分散效果最佳。采用傅里葉紅外光譜(FTIR)檢測混酸氧化后MWCNTs表而的基團,分析可知：經(jīng)混酸處理后,MWCNTs表面成功引入了羥基和羧基等官能團。 (2)為了探討MWCNTs在水性體系中的分散性及分散機理,以阿拉伯膠為分散劑,采用SAA超聲處理法對MWCNTs進行表面修飾,制備了分散性能良好的MWCNTs懸浮液。采用紫外分光光譜吸光度法(UV-vis)定量分析及TEM測試表征了GA對MWCNTs分散性能的影響,結果表明：當GA濃度為0.45g/L時,懸浮液中MWCNTs濃度達到最大值,為初始濃度的90.67%；且懸浮液相當穩(wěn)定,靜置80h,MWCNTs濃度僅降低11.45%。通過測定等溫吸附曲線對GA的吸附分散機理進行了分析和討論,結果表明：GA在MWCNTs表面為典型的“SL”型兩階段吸附,當GA濃度為0.45g/L時,在MWCNTs表面達到吸附飽和狀態(tài)。GA能夠通過其分子長鏈的包覆作用改善MWCNTs的親水性和分散性。 在以上分散性研究的基礎上,本文以GA為分散劑,制備了分散性能良好的碳納米管懸浮液及碳納米管水泥基復合材料,系統(tǒng)深入研究了碳納米管水泥基復合材料的力學性能,具體工作及研究成果如下： (1)水泥凈漿試件的力學強度隨碳納米管摻量的增加呈現(xiàn)先增大后逐漸減小的趨勢,隨齡期的變化呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢；隨水灰比的變化,凈漿試件的力學強度先增大后減小,且摻加碳納米管的凈漿試件的力學強度均高于空白試件；在養(yǎng)護齡期為28天時,水灰比為0.35,MWCNTs摻量為0.08wt.%的水泥凈漿試件的抗折強度提高43.6%,并達到最大值15.8MPa,當MWCNTs摻量為0.10wt.%時,水泥凈漿試件的抗壓強度達到最大值84.5MPa,與空白試件相比提高了9.2%。 (2)碳納米管的摻入提高了水泥砂漿試件的抗壓強度和抗折強度。當MWCNTs摻量為水泥重量的0.1wt.%時,試件的抗壓強度達到最大值89.4MPa,與空白試件相比提高21.6%;當MWCNTs摻量為0.08wt.%時,試件的抗折強度提高38.5%：當MWCNTs的摻量達到最大值0.15wt.%時,試件的抗壓強度和抗折強度都沒有隨之增加反而呈現(xiàn)略微降低的趨勢；其力學強度隨養(yǎng)護齡期的增加而增大。 (3)采用三點彎曲試驗法,用高精度MTS318電液伺服萬能試驗機對碳納米管水泥基復合材料的彎曲韌性進行了測試分析。結果表明,摻加碳納米管后水泥基復合材料的韌性顯著提高,其中,水灰比為0.35,碳納米管摻量為0.08wt.%的凈漿試件的斷裂能相比空白試件提高165.1%,韌度指數(shù)提高52.8%。 采用多種材料微觀測試技術,結合復合材料理論,對碳納米管改善水泥基復合材料性能的微觀作用機理進行了分析。研究表明,碳納米管的作用機理為：MWCNTs在懸浮液及水泥漿基體中具有較好的分散性,碳納米管能夠促進水泥基復合材料的水化,水泥基復合材料具有較強的界面粘結強度并且MWCNTs能夠改善水泥基復合材料的微觀結構。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TB383.1;TB332
【目錄】：

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【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 羅健林;段忠東;;納米碳管/水泥基復合材料的阻尼及力學性能[J];北京化工大學學報(自然科學版);2008年06期

2 陳北明;楊德安;;聚合物基復合材料制備中碳納米管的分散方法[J];材料導報;2007年S1期

3 羅健林;段忠東;李惠;;納米級硅灰及碳管對水泥基材料減振性能的影響[J];材料工程;2009年04期

4 姚武;梁慷;何莉;;水化硅酸鈣凝膠的彈塑性和徐變特性[J];材料研究學報;2010年02期

5 王寶民;宋凱;;碳納米管水泥基復合材料研究進展[J];低溫建筑技術;2011年05期

6 吳小利,岳濤,陸榮榮,朱德彰,朱志遠;碳納米管的表面修飾及FTIR,Raman和XPS光譜表征[J];光譜學與光譜分析;2005年10期

7 趙慶新,孫偉,鄭克仁,姜國慶;水泥、磨細礦渣、粉煤灰顆粒彈性模量的比較[J];硅酸鹽學報;2005年07期

8 姚武;何莉;;水化硅酸鈣納米結構研究進展[J];硅酸鹽學報;2010年04期

9 趙素晶;孫偉;;納米壓痕在水泥基材料中的應用與研究進展[J];硅酸鹽學報;2011年01期

10 羅健林;段忠東;趙鐵軍;;納米碳管水泥基復合材料的電阻性能[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2010年08期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 施冬莉;碳納米管及其復合材料的力學性能研究[D];清華大學;2005年

2 高良麗;多壁碳納米管增強M140DSP砂漿的力學性能研究[D];大連理工大學;2009年

3 羅健林;碳納米管水泥基復合材料制備及功能性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王德剛;碳納米管增強水泥基復合材料力學性能模擬[D];大連理工大學;2011年

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 潘曉艷;方斌;陳長鑫;;環(huán)氧樹脂/多壁碳納米管導電復合材料研究[J];工程塑料應用;2009年03期

2 吳俊升;李曉剛;公銘揚;張志華;;催化裂化催化劑機械強度與磨損行為[J];北京科技大學學報;2010年01期

3 黃惠平;胡禮初;張海燕;曾國勛;吳子秋;;碳納米管在0.5~6GHz低頻波段的介電常數(shù)和磁導率研究[J];表面技術;2007年05期

4 王寶媛;;粉煤灰摻量對混凝土結構斷裂性能的影響[J];長春工程學院學報(自然科學版);2011年04期

5 陳北明;楊德安;;聚合物基復合材料制備中碳納米管的分散方法[J];材料導報;2007年S1期

6 陳憲宏;林明;陳振華;;多壁碳納米管功能化及其增韌環(huán)氧樹脂的研究[J];材料導報;2007年S1期

7 張紫萍;劉秀軍;李同起;胡子君;;碳納米管及聚合物復合材料分散性的研究進展[J];材料導報;2011年05期

8 王寶民;韓瑜;宋凱;;碳納米管分散性研究進展[J];材料導報;2012年07期

9 曾陽春;鄭克仁;李益進;;礦物摻合料對道路混凝土耐磨性的影響及機理[J];鐵道科學與工程學報;2007年02期

10 魯江;簡義輝;張慧慧;邵惠麗;胡學超;;碳納米管的表面改性及其在NMMO水溶液中的分散穩(wěn)定性[J];東華大學學報(自然科學版);2008年01期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 劉夏;楊慶生;;網(wǎng)狀復合材料的變形分析[A];北京力學會第十六屆學術年會論文集[C];2010年

2 王全杰;王乾乾;王延青;;碳納米管的分散性研究進展[A];2010年全國皮革化學品會議論文集[C];2010年

3 何智海;錢春香;錢桂楓;孟凡利;程飛;高祥彪;莊園;;滬杭高鐵特大橋主梁混凝土徐變性能研究[A];高強與高性能混凝土及其應用——第七屆全國高強與高性能混凝土學術交流會論文集[C];2010年

4 黑艷偉;張寶艷;;表面活性劑對碳納米管/環(huán)氧納米復合材料導電性能的影響[A];復合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(上冊)[C];2010年

5 劉夏;楊慶生;;網(wǎng)絡碳納米管復合材料的有效力學性能[A];復合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊)[C];2010年

6 蘇羅丹;楊慶生;;基于內(nèi)聚力模型的碳納米管復合材料界面力學性能研究[A];第17屆全國復合材料學術會議（納米復合材料與界面分論壇）論文集[C];2012年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊婷婷;基于集料功能設計的水泥石界面性能研究[D];武漢理工大學;2010年

2 魯江;碳納米管/Lyocell纖維的研制及其應用初探[D];東華大學;2010年

3 宮厚健;不同結構嵌段聚醚的聚集行為及對單壁碳納米管的分散作用[D];山東大學;2011年

4 高迪;新型建筑材料—納米級碳纖維混凝土性能研究[D];中南大學;2011年

5 曹建安;無碴軌道大跨度預應力混凝土橋梁后期徐變變形和控制方法研究[D];中南大學;2011年

6 張俊杰;基于分子動力學的晶體銅納米機械加工表層形成機理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

7 金宏平;基于能量法的壓痕硬度和殘余應力測試原理、方法和實驗研究[D];華中科技大學;2012年

8 田文超;MEMS及納米接觸研究[D];西安電子科技大學;2004年

9 郭穎杰;哺乳動物角蛋白材料力學及摩擦學行為研究[D];吉林大學;2005年

10 程東;Cu/Ni納米多層膜微觀強化機理及微摩擦學特性的分子動力學模擬[D];大連海事大學;2005年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張科;薄膜/基體系統(tǒng)三維壓痕實驗力學模型研究[D];鄭州大學;2010年

2 王寶媛;混凝土斷裂性能及其影響因素的試驗研究[D];大連理工大學;2010年

3 余功成;納米壓痕法研究單根ZnS納米帶的光機械效應[D];湘潭大學;2010年

4 范海賓;多壁碳納米管/PET復合材料界面相容性的研究[D];太原理工大學;2011年

5 齊文靜;分子印跡—電致化學發(fā)光傳感器的研究與應用[D];江南大學;2011年

6 韓冀豫;高摻量粉煤灰水泥水化產(chǎn)物C-S-H凝膠聚合程度的研究[D];武漢理工大學;2011年

7 王曉飛;聚丙烯纖維混凝土軸拉和彎曲性能的試驗研究[D];大連理工大學;2011年

8 王德剛;碳納米管增強水泥基復合材料力學性能模擬[D];大連理工大學;2011年

9 杜錦錦;TiN、TiCN涂層對牙科純鈦耐腐蝕性能的影響[D];第二軍醫(yī)大學;2011年

10 張宗富;考慮界面相納米粒子增強聚合物基復合材料有效彈性模量的預測[D];暨南大學;2011年

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 胡平,范守善,萬建偉;碳納米管/UHMWPE復合材料的研究[J];工程塑料應用;1998年01期

2 李庚英;王培銘;;表面改性對碳納米管—水泥基復合材料導電性能及機敏性的影響[J];四川建筑科學研究;2007年06期

3 苗傳威,夏宇正,石淑先,焦書科;乳液共混法制備丙烯酸酯系阻尼材料[J];北京化工大學學報(自然科學版);2002年05期

4 閻鑫,胡小玲,岳紅,張秋禹,黃英,呂玲;雷達波吸收劑材料的研究進展[J];材料導報;2001年01期

5 曹偉;宋雪梅;王波;嚴輝;;碳納米管的研究進展[J];材料導報;2007年S1期

6 秦川麗,蔡俊,唐冬雁,張巨生,蔡偉民;PU/VER IPN材料阻尼性能的研究[J];材料工程;2003年07期

7 曾戎,曾漢民;導電高分子復合材料導電通路的形成[J];材料工程;1997年10期

8 韓寶國;關新春;歐進萍;;碳纖維水泥基材料導電性與壓敏性的試驗研究[J];材料科學與工藝;2006年01期

9 陳兵,姚武,吳科如;用交流阻抗法研究碳纖維混凝土導電性[J];材料科學與工程;2001年01期

10 葉青,胡國君;水泥基復合功能材料的研究與開發(fā)[J];材料科學與工程;1995年02期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 杜善義;吳林志;;復合材料的細觀力學研究[A];科技進步與學科發(fā)展——“科學技術面向新世紀”學術年會論文集[C];1998年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 呂計男;碳納米管力學行為的數(shù)值模擬[D];中國科學技術大學;2008年

2 劉演新;多壁碳納米管的表面接枝改性及其衍生物[D];北京化工大學;2008年

3 陰強;碳納米管增強酚醛樹脂/石墨雙極板復合材料的制備與性能研究[D];山東大學;2008年

4 高良麗;多壁碳納米管增強M140DSP砂漿的力學性能研究[D];大連理工大學;2009年

5 羅健林;碳納米管水泥基復合材料制備及功能性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 賈春燕;碳納米管/環(huán)氧樹脂復合材料的制備及性能研究[D];中南大學;2008年

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1 ;成都有機化學有限公司成功突破碳納米管截短技術[J];炭素技術;2004年03期

2 田乃良,常明,楊保和,許德勝,鄭啟光;碳納米管在金剛石薄膜化學沉積上的應用[J];光電子.激光;2000年06期

3 王文英;碳納米管的制造技術及最新研究動態(tài)[J];化工新型材料;2000年01期

4 陳小華,王健雄,李學謙,李紹祿,鄧福銘,成奮強;電沉積鎳-碳鈉米管復合鍍層的工藝研究[J];表面技術;2002年02期

5 于作龍;碳納米管的批量制備和應用[J];中國高�？萍寂c產(chǎn)業(yè)化;2003年06期

6 ;使用碳納米管的FED面板齊亮相[J];炭素技術;2004年03期

7 馬強,周鋒,唐亞平,李辰砂,張世驥,李延輝,唐春和;在碳納米管上負載硫化鎘的研究[J];無機材料學報;2004年05期

8 羅志強,張孝彬,程繼鵬,李昱,劉芙,陶新永,印萬忠,韓躍新;納米CaCO_3負載過渡金屬CVD法制備多壁碳納米管的研究[J];高等學校化學學報;2004年10期

9 李秀秀,李曉東,楊榮杰;碳納米管的功能化研究進展[J];炭素技術;2004年02期

10 ;行業(yè)信息[J];炭素技術;2004年06期

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1 胡業(yè)旻;殷利民;曹威;李瑛;朱明原;白琴;;電暈放電等離子體增強化學氣相沉積法合成氮摻雜碳納米管[A];2011中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集（第一卷）[C];2011年

2 孫瑞敏;趙輝;陳永;劉洋;趙海沨;;碳納米管與環(huán)氧樹脂共混工藝研究[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

3 李世勝;喻萬景;侯鵬翔;劉暢;成會明;羅艷紅;孟慶波;呂偉;吳思達;楊全紅;;碳納米管垂直陣列/石墨烯紙復合材料在鋰離子電池和染料敏化太陽能電池中的應用[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

4 李曼;白樹林;張楊飛;賈治勇;;不銹鋼纖維/碳納米管填充尼龍基復合材料的力學性能研究[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第3分冊）[C];2010年

5 劉夏;楊慶生;;網(wǎng)絡碳納米管復合材料的有效力學性能[A];復合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊)[C];2010年

6 周成飛;翟彤;曹巍;郭建梅;曾心苗;;碳納米管/聚氨酯酰亞胺復合泡沫材料的制備與性能[A];第七屆中國功能材料及其應用學術會議論文集（第4分冊）[C];2010年

7 陳廣新;畢丹;;碳納米管的表面修飾及其改性聚乳酸的研究[A];2010年全國高分子材料科學與工程研討會學術論文集（下冊）[C];2010年

8 蘇丹華;張玲;金磊;李春忠;;靜電吸附制備玻璃布/碳納米管增強體改性環(huán)氧樹脂[A];顆粒學最新進展研討會——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會論文集[C];2011年

9 張文毓;;碳納米管及其應用[A];納米材料和技術應用進展——全國第三屆納米材料和技術應用會議論文集（上卷）[C];2003年

10 呂建偉;王萬錄;廖克俊;萬步勇;張毅;;形變引發(fā)碳納米管膜電阻變化的研究[A];第五屆中國功能材料及其應用學術會議論文集Ⅱ[C];2004年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉霞;[N];科技日報;2009年

2 記者 何德功;[N];新華每日電訊;2003年

3 記者 吳輝;[N];中國知識產(chǎn)權報;2001年

4 張巍巍;[N];科技日報;2010年

5 黃紹平;[N];中國電子報;2001年

6 記者 謝昭萍 特約記者 肖萍;[N];中國化工報;2004年

7 記者 薛冬 通訊員 譚少容;[N];光明日報;2001年

8 本報記者 薛冬 通訊員 譚少容;[N];光明日報;2001年

9 黃中;[N];中國知識產(chǎn)權報;2001年

10 馮衛(wèi)東;[N];科技日報;2009年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉麗娜;碳納米管—雙馬來酰亞胺體系的摩擦磨損研究[D];浙江大學;2010年

2 徐立華;電暈等離子體改性碳納米管及其在環(huán)氧樹脂中的應用[D];浙江大學;2010年

3 梅蕾;碳納米管/碳纖維多尺度結構制備及其界面增強效果研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

4 朱幸福;碳納米管復合材料及碳納米管為模板的納米管的制備與性質(zhì)研究[D];吉林大學;2011年

5 崔偉;表面修飾碳納米管/環(huán)氧樹脂復合材料的界面結構與性能[D];華中科技大學;2011年

6 蔣遼川;半導體金屬氧化物修飾碳納米管的制備及其電催化、光電催化性能的研究[D];華南理工大學;2010年

7 亓鈞雷;碳納米管、碳納米片、石墨烯及其復合物的制備和場發(fā)射性能的研究[D];吉林大學;2010年

8 姚勝紅;碳納米管/聚偏氟乙烯高介電納米復合材料的顯微結構控制與介電性能的關聯(lián)[D];北京化工大學;2009年

9 韓占濤;表面活性劑懸浮碳納米管在孔隙介質(zhì)中的運移研究[D];中國地質(zhì)科學院;2010年

10 葉麗娜;無機空心微納米結構的制備及其應用[D];中國科學技術大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐勤;碳納米管樹狀分子復合材料的制備及其性能研究[D];上海師范大學;2010年

2 祝麗娟;碳納米管/二氧化硅/炭黑/溶聚丁苯橡膠硫化膠性能研究[D];南京理工大學;2010年

3 林德盟;高分子水凝膠修飾碳納米管神經(jīng)元探針[D];南京理工大學;2010年

4 劉曉偉;碳納米管及其復合物的制備和場發(fā)射性能的研究[D];吉林大學;2010年

5 陳晨;碳納米管的功能化及其復合材料的電化學性能研究[D];北京化工大學;2010年

6 秦瑞紅;氣體膨脹液體的熱力學性質(zhì)研究及其在碳納米管功能化修飾中的應用[D];鄭州大學;2010年

7 林小靜;碳納米管的低溫等離子體改性及其引發(fā)苯乙烯接枝共聚[D];天津大學;2010年

8 王蜜;聚硅氧烷接枝碳納米管及聚合物復合材料的制備與性能[D];東北林業(yè)大學;2010年

9 曾靜;自由基加成反應在碳納米管和石墨烯修飾中的應用[D];蘭州大學;2011年

10 郭大鵬;分子開關和十字形碳納米管的輸運性質(zhì)研究[D];蘭州大學;2011年

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