碳納米管作為典型的一維納米材料,其特有的中空管狀結(jié)構(gòu)、較高的長徑比和化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)及光學(xué)等性能,一直成為基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)的熱點(diǎn)。在微納尺度下,單根碳納米管具有超強(qiáng)的力學(xué)性能,其拉伸強(qiáng)度高達(dá)100GPa,楊氏模量超過1TPa,斷裂伸長率達(dá)30%,能量吸收性能較傳統(tǒng)高性能纖維高1-2個數(shù)量級。同時,碳納米管在常溫下呈現(xiàn)特有的彈道導(dǎo)電行為,并具有比銅高兩個數(shù)量級的載流能力。此外,單壁碳納米管的熱導(dǎo)率高達(dá)3000W/(mK),和金剛石相當(dāng)。如何將碳納米管優(yōu)異物理特性在其宏觀材料中發(fā)揮出來是實現(xiàn)碳納米管應(yīng)用的關(guān)鍵所在。最近幾年,碳納米管宏觀體的結(jié)構(gòu)與性能的研究得到廣泛關(guān)注并取得實質(zhì)性突破,碳納米管宏觀體已成為新一代關(guān)鍵材料開發(fā)的熱點(diǎn)。本學(xué)位論文系統(tǒng)研究碳納米管薄膜的組裝方法、復(fù)合薄膜的靜態(tài)、動態(tài)力學(xué)性能,從納觀、微觀到宏觀尺度上分析碳納米管薄膜的內(nèi)在力、熱的傳輸機(jī)制與規(guī)律,具體研究內(nèi)容如下:首先研究基于陣列紡絲拉膜法和浮動催化法制備的碳納米管薄層,根據(jù)兩種碳納米管薄層的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)(陣列紡絲拉膜法碳納米管取向性能好,浮動催化法碳納米管呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)),設(shè)計干法固態(tài)層層組裝的碳納米管...

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 碳納米管薄膜的組裝方法
        1.2.1 無規(guī)取向碳納米管薄膜的制備
        1.2.2 取向碳納米管薄膜的制備
    1.3 碳納米管薄膜的性能研究
        1.3.1 碳納米管薄膜力學(xué)性能研究
        1.3.2 碳納米管薄膜電學(xué)性能研究
        1.3.3 碳納米管薄膜熱學(xué)性能研究
    1.4 碳納米管宏觀材料的應(yīng)用
        1.4.1 碳納米管復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域應(yīng)用
        1.4.2 碳納米管復(fù)合材料在防護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用
        1.4.3 碳納米管復(fù)合材料在熱界面材料領(lǐng)域應(yīng)用
    1.5 本論文研究目的與主要內(nèi)容
        1.5.1 本論文研究目的
        1.5.2 本論文主要內(nèi)容
    1.6 創(chuàng)新性
    1.7 章節(jié)安排
第二章 碳納米管薄膜的可控制備與性能
    2.1 引言
    2.2 碳納米管薄膜的靜態(tài)力學(xué)性能測試介紹
    2.3 陣列法碳納米管薄膜的制備
        2.3.1 碳納米管紡絲陣列的制備
        2.3.2 碳納米管紡絲陣列拉膜方法
        2.3.3 陣列法碳納米管薄膜的組裝
    2.4 陣列法碳納米管薄膜性能影響因素分析
        2.4.1 陣列高度對碳納米管薄膜性能的影響
        2.4.2 拉膜速度對碳納米管薄膜性能的影響
    2.5 浮動催化法碳納米管薄膜的制備
        2.5.1 液態(tài)碳源/催化劑的制備
        2.5.2 浮動催化法碳納米管生長實驗裝置
        2.5.3 浮動催化法碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成型及影響因素分析
        2.5.4 浮動催化法碳納米管薄膜的組裝
    2.6 碳納米管薄膜的力學(xué)性能
        2.6.1 乙醇溶劑對碳納米管薄膜力學(xué)性能的影響
        2.6.2 牽伸對碳納米管薄膜力學(xué)性能的影響
        2.6.3 壓力對碳納米管薄膜力學(xué)性能的影響
    2.7 本章小結(jié)
第三章 碳納米管復(fù)合薄膜的力、電學(xué)性能增強(qiáng)
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗材料
        3.2.2 復(fù)合薄膜力學(xué)性能測試方法
        3.2.3 復(fù)合薄膜電學(xué)性能測試方法
    3.3 石墨烯增強(qiáng)碳納米管薄膜力學(xué)性能研究
        3.3.1 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜的制備
        3.3.2 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)
        3.3.3 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜的力學(xué)性能
    3.4 高分子增強(qiáng)碳納米管復(fù)合薄膜制備與力學(xué)性能研究
        3.4.1 碳納米管/高分子復(fù)合薄膜的制備
        3.4.2 碳納米管/高分子復(fù)合薄膜力學(xué)性能
        3.4.3 碳納米管/高分子薄膜力學(xué)性能增強(qiáng)機(jī)理
    3.5 本章小結(jié)
第四章 碳納米管復(fù)合材料的彈道沖擊吸能性能
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗材料
        4.2.2 測試方法及原理
    4.3 碳納米管薄膜的防彈性能
        4.3.1 碳納米管薄膜靶板的制備
        4.3.2 碳納米管薄膜的宏觀結(jié)構(gòu)破壞
        4.3.3 碳納米管薄膜的微觀結(jié)構(gòu)破壞
    4.4 碳納米管薄膜/UHMWPE復(fù)合結(jié)構(gòu)對防彈性能影響
        4.4.1 復(fù)合靶板的制備
        4.4.2 復(fù)合靶板的彈道實驗
        4.4.3 不同結(jié)構(gòu)靶板防彈性能分析
    4.5 碳納米管薄膜/UHMWPE層合結(jié)構(gòu)對防彈性能的影響
        4.5.1 層合靶板結(jié)構(gòu)設(shè)計與制備
        4.5.2 靶片層合結(jié)構(gòu)對防彈性能的影響
        4.5.3 層合結(jié)構(gòu)材料破壞形態(tài)
        4.5.4 子彈變形特征
        4.5.5 防彈機(jī)理分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 碳納米管薄膜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計及防刺性能
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 實驗材料
        5.2.2 實驗儀器及原理
    5.3 碳納米管薄膜/UHMWPE靜態(tài)穿刺性能
        5.3.1 碳納米管薄膜/UHMWPE復(fù)合防刺片的制備
        5.3.2 碳納米管薄膜/UHMWPE復(fù)合片材靜態(tài)防刺性能
        5.3.3 碳納米管薄膜層數(shù)對防刺效率的影響
        5.3.4 層合結(jié)構(gòu)對復(fù)合片材防刺效率的影響
        5.3.5 碳納米管薄膜/UHMWPE復(fù)合片材的防刺機(jī)制分析
    5.4 碳納米管薄膜/芳綸機(jī)織物靶板的動態(tài)穿刺性能
        5.4.1 靶板材料的制備
        5.4.2 靶片載荷-位移曲線分析
        5.4.3 靶片位移-能量吸收曲線分析
        5.4.4 靶片位移與剩余速度分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 柔性碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜的導(dǎo)熱性能
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 實驗材料
        6.2.2 實驗儀器
        6.2.3 熱導(dǎo)率測量方法
    6.3 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜物理性能
        6.3.1 熱壓對復(fù)合薄膜厚度的影響
        6.3.2 高溫處理對復(fù)合薄膜密度的影響
    6.4 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)
        6.4.1 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)
        6.4.2 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜的Raman光譜
        6.4.3 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜的XRD光譜
        6.4.4 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜的XPS光譜
    6.5 陣列法碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜導(dǎo)熱性能研究
        6.5.1 氧化石墨烯含量對導(dǎo)熱性能的影響
        6.5.2 碳化溫度對導(dǎo)熱性能的影響
        6.5.3 環(huán)境測試溫度對導(dǎo)熱性能的影響
        6.5.4 工藝優(yōu)化后復(fù)合薄膜熱導(dǎo)率
        6.5.5 復(fù)合薄膜高導(dǎo)熱性能機(jī)理分析
    6.6 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜的柔韌性能
    6.7 浮動催化法碳納米管薄膜的導(dǎo)熱性能研究
    6.8 碳納米管/石墨烯復(fù)合薄膜與其它材料的性能對比分析
        6.8.1 不同種類薄膜的熱導(dǎo)率比較
        6.8.2 不同種薄膜材料的力、熱性能比較
    6.9 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 本文主要結(jié)論
    7.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果
致謝



本文編號：3890285