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復合材料的研究現狀分析的論文
日本科學家在1991年發現碳納米管以來，由于其具有低密度、高強度、高韌性以及極高的彈性模量等傳統材料所無法比擬的優異性能，成為眾多科學家關注和研究的焦點。碳納米管可以看成是由單層或者多層六邊形石墨片繞中心軸按照一定的角度旋轉一周、兩端呈閉合或打開結構的納米級管狀材料。根據層數的多少，碳納米管可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米管的內徑一般在幾納米到幾十納米之間，長度范圍在幾十納米到微米級甚至厘米級之間。碳納米管中大量交替存在的C=C雙鍵和C-C單鍵使得相互之間形成共轆效應，化學鍵很難斷裂或者被破壞掉，因此碳納米管具有很高的強度。
碳納米管還具有許多優異的力學、電學和化學性能，若能將碳納米管與其他傳統材料結合起來，在普通材料的基礎上發揮碳納米管的性能優勢，將大大提高傳統材料的各種性能。但是碳納米管表面光滑，化學性質相對穩定，若直接與其他材料混合，很難結合在一起。通常采用的方法是:在保留CNTs特性的基礎上，通過一定的化學反應或者物理操作對CNTs進行表面改性。經定向表面改性后的CNTs既能保留原有性質又可以與其他材料有效地結合，達到增強材料性能的目的。
近年來，國內外對碳納米管的表面改性、性能表征及在復合材料中的應用方面研究較多。本文著重闡述了碳納米管的表面改性方法及其在復合材料中的應用，并指出其今后的研究方向。
1物理法改性
采用物理的方法使CNTs晶格發生位移，內能增大，內能增大后的CNTs易與介質發生反應，在機械力或磁力作用下活性炭納米管的體表面與介質發生反應、吸附，達到表面改性的目的。
1.1高能機械研磨
利用涂敷或壓嵌在研具上的磨料顆粒，通過研具與工件在高壓力作用下的相對運動對碳納米管表面進行改性加工。該法使碳納米管表面形成晶格缺陷或晶格扭曲，從而得到高活性白由基，使碳納米管易于與其他材料發生反應。但在研磨過程中不易控制，在形成晶格缺陷的同時容易導致碳納米管的長度過短，失去原始碳納米管具有的性能。Peeterbroeck等分別將未研磨的MWNTs及研磨后的MWNTs加入到(DPPH)溶液中，結果顯示，當加入未研磨的MWNTs時，DPPH的顏色未發生變化;而加入研磨后的MWNTs時，DPPH的上清液從紫色變成了黃色，說明研磨后的MWNTs表面存在大量的白由基或白由基促進劑。
1.2高能球磨法
該法是用球磨機的轉動或振動使硬球對碳納米管進行強烈的沖擊、研磨和攪拌，最終使碳納米管表面形成晶格缺陷，得到改性。
這種方法的缺點是容易在樣品中混入硬球成分的雜質，難以分離。孟振強等對MWNTs分別進行干式球磨和濕式球磨，并采用多種表征手段對其進行表征，結果表明，MWNTs在球磨的沖擊作用下產生彎曲、扭結，形成結構缺陷，MWNTs在這些缺陷處容易斷裂，產生大量敞開的斷口，這些斷口形態可發生轉化。且與干式球磨相比，濕式球磨后的MWNTs長度較平均，結構損壞程度較小，多數端部處于敞開狀態。這種經球磨后的MWNTs有利于與其他材料進行結合，從而改善原有材料的性能。
1.3超聲振蕩法
利用超聲波的高頻聲波產生振蕩，使碳納米管在介質中進行分散，碳納米管在介質中分散程度的好壞直接影響碳納米管的性能與應用效果。王棟等研究了超聲振蕩對碳納米管改性方面的影響，顯示超聲振蕩可以阻止碳納米管團聚，對碳納米管的分散起到了一定的作用。
對碳納米管進行表面改性時，如果只是簡單的物理研磨或振蕩作用，由于其化學結構沒有發生本質變化，碳納米管與其他物質只是簡單的物理附著或吸附，存在CNTs與基體物質結合不牢等間題，因此，單純的物理改性效果不如化學改性明顯。
2化學法改性
近年來，國內外關于利用化學改性的方法對碳納米管進行表面改性的報道較多且效果明顯�；瘜W改性法是利用化學方法引入具有活性的梭基、經基、氨基等功能團，功能團的引入使得碳納米管表面的化學性質發生了顯著的轉變，從而為后續的反應提供了改性的活性點。
2.1麥處理法
利用cNTs的端頭及彎折處易被氧化斷裂，同時轉化為梭基、經基的特點，采用濃酸或者稀酸處理，使其兩端或彎折處開口，引入經基、梭基等官能團，進而增大CNTs與溶質間的親和力，提高其在溶質中的分散性。
沈有斌等用酸氧化法對MWNTs進行梭化處理后引入酞氯基團，利用酞氯基團與環氧酷聚合物中的經基進行縮聚反應將MWNTs接枝到環氧樹脂結構中，合成得到碳納米管接枝改性的環氧酷聚合物。
2.2原子轉移自由基聚合法
原了轉移白由基聚合法是近年來迅速發展并有著重要應用價值的一種活性聚合技術。它源于有機化學中的原了轉移白由基加成反應，利用該技術可在碳納米管表面接入聚合物分了鏈，從而獲得擁有某些功能特性的碳納米管。
郝愛平等通過原了轉移白由基聚合法在碳納米管表面接枝聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酷，得到表面修飾的碳納米管，進一步與二茂鐵甲酸反應，成功制備了碳納米管復合材料;之后，研究了這種碳納米管復合材料修飾電極的電化學行為，結果顯示具有強烈的催化作用。
另外，在對碳納米管進行表面改性時，可根據是否破壞了碳納米管中的化學鍵結構來分為共價鍵改性和非共價鍵改性。
3聯合改性法
通常單一的cNTs表面改性方法很難獲得特定性能的改性碳納米管，或者是需要花費大量的時間、財力，得到的改性材料效果也不夠理想。如果將兩種甚至多種改性方法配合使用，利用每種方法改性后所得到的功能特點，取長補短，相互結合，可得到多樣化的、性能更加穩定的改性效果。
例如，很難直接在CNTs表面進行化學鍍，一般需將CNTs作鍍前處理。物理處理方法有機械攪拌、超聲振蕩、球磨等方法，目的是促進CNTs在溶質中的分散，為下一步在其上面添加基團打好基礎;化學處理包括氧化、敏化、活化等步驟，借助強酸或混酸對其進行提純氧化，引入經基梭基等官能團，之后再進行敏化、活化處理，引入催化活化中心黃建華等通過對CNTs微波、氧化、敏化和活化處理，改善了CNTs的表面性能并在CNTs表面增加了活化點，成功地在CNTs表面鍍上一層較為連續的金屬鉆，增強了CNTs與金屬基體的界面結合力。
4結語
隨著科技的發展與進步，有關碳納米管表面改性的基礎性研究工作在不斷深入和完善，采用碳納米管來增強材料性能的技術在許多領域都有著十分重要的作用和意義，已逐漸成為改善、增強材料性能的重要方法之一。但cNTs的表面改性技術仍有不足，應從以下幾個方面進行研究和完善。
(1)進一步探究碳納米管表面改性的方法。
(2)應對聯合改性法進行重點研究，對于改性結果，一是關注碳納米管在基體中的分散性是否良好，二是關注碳納米管的本身結構是否保存完整。
(3)需要進一步提高碳納米管表面改性的工藝均一性、可重復性和可控制性。
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