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泡沫混凝土专用纳米碳纤维微粉

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纳米碳纤维微粉简介 
   自从1985年英国科学家Kroto、美国科学家Curl和Smalley在研究石墨气化产物时发现了富勒烯C60以及1991年日本筑波大学NEC实验室lijima在氩气下电弧放电后的阴极碳棒上发现了碳纳米管(简称CNTs)以来,碳基纳米材料的研究开始引起人们的广泛关注。纳米碳纤维微粉(简称CNFs)是在一定条件下催化裂解气相碳氢化合物制备成的非连续石墨纤维,是近几年比较受关注的准一维的新型碳材料,它的直径一般在50~200 nm,长度为50~100μm,长径比分布在100~500。CNFs的发现可以追溯至1889年,Hughes和Chambers在研究含碳气体与高温金属作用时观察到碳纤维的存在。许多重要的化学反应(如Fisher-Tropsch合成和水蒸气转化)中都可以发现CNFs的生长。CNFs是介于石墨和球碳之间的材料,由纳米尺寸的石墨片莹在空间与纤维的轴向成不同角度堆积而成。研究发现,纳米碳纤维微粉因其独特的纤维结构,不仅具有缺陷数量少、比表面积大、长径比大等优点,还兼具低密度、高比模量、高比强度、亳导电性、高导热性以及结构致密等特性,因而在存储材料、电极材料、催化剂和催化剂载体、高效吸附剂、分离剂及复合材料等方面具有广阔的应用前景。
1 纳米碳纤维微粉的性能
力学性能
 纳米碳纤维微粉的力学性能表现在每个碳原子与周围3个原子以共价键相结合,形成严密的结构.而其两端又是封闭的,没有悬空的化学键存在,使整个结构的稳定性更强,加之纳米尺度的碳原子之间的电荷作用力.使得纳米碳纤维微粉具有高强度、高弹性和高刚度等力学性能。Endo等报道了纳米碳纤维微粉的力学性能,测量了经炭化和石墨化后纳米碳纤维微粉的抗拉强度和弹性模量,并与SiC晶须进行比较,结果表明经炭化和石墨化后纳米碳纤维微粉的抗拉强度和弹性模量均高于SiC晶须和普通碳纤维。Ozkan等也研究了气相生长纳米碳纤维微粉的力学性能,并通过实验得知对纳米碳纤维微粉进行表面热处理和氧化后处理均能改变其抗拉强度和弹性模量,热处理过程使得纳米碳纤维微粉的弹性模量从180 GPa增加到245 GPa,然而其抗拉强度降低15%~20%。
 电学性能
 纳米碳纤维微粉的电学性能取决于其直径和旋转性的不同,直径和旋转性的变化都可能影响纳米碳纤维微粉的导电性。由于纳米碳纤维微粉本身长度极短并且直径很小,用传统方法将很难直接测量单根纤维的电阻,因此Rodriguez等设计一装置来测试粉末样品的电阻,经测量得纳米碳纤维微粉的电阻率在1.5×10-3~5.5×10-3Ω·cm之间,可知在一些聚合物填料中加入少量的纳米碳纤维微粉可以大幅度提高材料的导电性。
 电磁学性能
 通过对纳米碳纤维微粉的电磁学性能研究发现,在平行于管的轴向外加一磁场时.具有金属导电性的碳纳米管表现出Aharonov-Bohm(简称A-B)效应,也就是说,在这种情况下通过碳纳米管的磁通量是量子化的;金属筒外加一平行于轴向的磁场时,金属筒的电阻作为筒内的磁通量的函数将表现出周期性振荡行为,以h/2e(h为普朗克常数,e为电子电量的绝对值)为周期的电阻振荡行为又称为AAS效应。Bachtold等在碳纳米管中实现了对AAS效应的测量。可以预计,在不久的将来,碳纳米管将取代薄金属圆筒,在电子器件小型化和高速化的进程中发挥重要作用。
 热学性能
 纳米碳纤维微粉由于具有独特的细长结构,使得它的热传导率在平行于轴线和垂直于轴线方向上有明显的差异,平行于轴线方向上具有相当高的热传导率;而垂直于轴线方向上,热传导率却非常小。也正由于热传导率在两个方向上的明显差异,通过适当地排列纳米碳纤维微粉可以获得良好的各向异性热传导材料。Teng等采用聚乳酸(PLA)分子接枝纳米碳纤维微粉(PLA-g-VGCF),制得的PLA-g-VGCF/PLA纳米复合材料的热导率均比相应的未改性VGCF/PLA复合材料的热导率有明显提高,这可能是由于改性过的纳米复合材料PLA-g-VGCF/PLA中纳米碳纤维微粉的排列方向导致其热导率较高。
  2 纳米碳纤维微粉新领域的应用
2.1纳米碳纤维微粉具有较高的长径比、完善的石墨化结构、高强度、高弹性、高的热传导性及导电性等,在提高复合材料力学性能方面已显示出巨大的潜力,因此其中一个重要用途是作为改进力学性能的增强剂,应用在聚合物基复合材料领域可以提高基体的拉伸强度、冲击强度、模量和导电导热性,并且纳米碳纤维微粉/聚合物基复合材料有望在纤维含量很低的情况下达到甚至超过传统纤维复合增强材料。
  2.2纳米碳纤维微粉作为复合材料增强剂的应用是改性基体材料。Shofner等在ABS基体中加入质量分数为5%的纳米碳纤维微粉PyrografⅢ,可在基体中得到很好的分散并发生取向,使基体的拉伸模量提高44%。Lazano等将纳米碳纤维微粉剪切并混入聚乙烯中,可以增强材料的热塑性,实验还表明,采用高混合剪切技术将碳纤维均匀地分散在聚乙烯中,聚乙烯的力学性能、热导率、稳定性都有所提高。
 2.3纳米碳纤维微粉还可以用于橡胶及水泥等基体的增强领域。Jiang等采用溶剂浇铸方法在天然橡胶复合材料中气相生长质量分数分别为1%、3%、10%和20%的纳米碳纤维微粉,天然橡胶复合材料在不同纳米碳纤维微粉含量下的应变应力曲线如图2所示。在复合材料中最初每添加1%(质量分数)的纳米碳纤维微粉,复合材料模量提高26.5%,并且在纳米碳纤维微粉的添加量为3%时,橡胶复合材料有最大的抗张强度。Metaxa等利用高分辨率的场发射扫描电子显微镜观察了加入不同含量纳米碳纤维微粉的水泥基复合材料的结构,发现加入纳米碳纤维微粉之后,水泥基复合材料的断裂表面可以实现良好的接合,因此可以提高其抗压强度,减少裂纹扩展。
彤润纳米碳纤维微粉技术参数

纳米碳纤维微粉技术参数 
粒径 28-35nm
着色力(%) 122
黑度(反射率) ≤36
流动度35°(mm) 24
DBP吸值 (cm3/g) 100-110
CTAB吸附表面积(m2/g) 180-220
PH值  3.6
加热减量(%) 0.9
挥发分(%) 6
灰分 0.03
杂质