鎳包覆碳納米管及其增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的研究.pdf

1、碳納米管被日本電鏡專家發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其優(yōu)異的性質(zhì)引起了全世界眾多科學(xué)家的廣泛關(guān)注。由于碳納米管在眾多領(lǐng)域有潛在的巨大的應(yīng)用價(jià)值，人們便對(duì)其各方面的性能進(jìn)行了大量的研究，得到了很多優(yōu)異成果。碳納米管的表面能很高，在碳納米管增強(qiáng)鎂的復(fù)合過(guò)程中，與金屬鎂的潤(rùn)濕性不好，有很強(qiáng)的團(tuán)聚趨向以致很容易形成弱相，而弱相是引發(fā)材料裂紋、孔隙缺陷的主要原因，所以團(tuán)聚會(huì)大大降低復(fù)合材料的物理和力學(xué)性能。因此，改善碳納米管表面結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)碳納米管與基體的濕潤(rùn)性和碳納

2、米管如何在基體中均勻分散成為人們的主要研究課題。
　　 實(shí)驗(yàn)所用碳納米管是本課題組用陽(yáng)極弧等離子體蒸發(fā)石墨法制備的，自行研制的實(shí)驗(yàn)裝置可生產(chǎn)出網(wǎng)狀、片狀和棒狀二種碳納米管產(chǎn)物。本研究采用濃H2SO4和濃HNO3混合酸對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行純化，使其表面鑲嵌上對(duì)鍍鎳非常有利的官能團(tuán)：羰基(>C=O)、羥基(-OH)、羧基(-COOH)等，用敏化液和活化液對(duì)其進(jìn)行敏化和活化，通過(guò)化學(xué)鍍法對(duì)碳納米管表面進(jìn)行鍍鎳處理后，使碳納米管表面包覆一層大約2

3、0nm厚的鎳層，從而改善了碳納米管表面結(jié)構(gòu)和性能增強(qiáng)了碳納米管與鎂基體的相容性，使增強(qiáng)相和基體間結(jié)合緊密，即碳納米管包覆層與鎂基體之發(fā)生反應(yīng)，生成了界面相Mg2Ni。對(duì)鎳覆碳納米管熱處理后作TEM、EDS、SAED、XRD分析，發(fā)現(xiàn)熱處理后的鍍層中不同物質(zhì)的不同晶面的晶面間距發(fā)生變化，從晶面間距的變化百分?jǐn)?shù)可以看到，以面心立方結(jié)構(gòu)存在的Ni的晶格膨脹量最大，其對(duì)應(yīng)的(111)面的品格膨脹量高達(dá)1.49％；從Ni3P(bct)和Ni(He

4、xagonal)的(112)面膨脹的百分比可以看出，Ni3P(bct)在此面法線方向的膨脹量比Ni(Hexagonal)大10倍左右。
　　 采用全液態(tài)攪拌鑄造法制備鍍鎳碳納米管鎂基復(fù)合材料。通過(guò)力.能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試樣品的力學(xué)性能，當(dāng)碳納米管的加入量為1.1vol%時(shí)，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值，對(duì)復(fù)合材料的延伸率來(lái)看，當(dāng)碳納米管的加入量為1.1vol%時(shí)，延伸率也達(dá)到最大值，因此，當(dāng)CNTs的體積分?jǐn)?shù)為1.1vol%時(shí)，復(fù)合材料的綜合力

5、學(xué)性能最好。從碳納米管/鎂基復(fù)合材料的光學(xué)顯微組織照片可以看出，隨著碳納米管加入量的增加，基體晶粒逐漸細(xì)化，可以證明碳納米管能起到細(xì)化基體晶粒的作用。當(dāng)碳納米管含量增大到1.6vol%時(shí)，圖中出現(xiàn)了大黑斑，這是碳納米管的團(tuán)聚所致；從碳納米管/鎂基復(fù)合材料XRD圖中有Mg、C、Mg2Ni峰，這就說(shuō)明碳納米管表面的鎳層與鎂基體之間發(fā)生了界面反應(yīng)，由于碳納米管的含量較少，同時(shí)鎳的含量也是很少，由于鎳與鎂之間反應(yīng)生成物在復(fù)合材料中占的比重較少，

6、導(dǎo)致Mg2Ni、C峰強(qiáng)度都很弱。
　　 本文采用攪拌鑄造法制備出CNTs/Ni/Mg、Mg/Ni/CNTs/TiO2等鎂基碳納米管復(fù)合材料，研究制備碳納米管/鎂基復(fù)合材料的工藝過(guò)程和最佳工藝參數(shù)?？梢奛i含量為20wt%時(shí)吸放氧性能最佳，當(dāng)加入2.0wt%的納米TiO2時(shí)得到了最大的儲(chǔ)氧量6.94wt%，而月.儲(chǔ)放氫溫度也有較大程度的降低，氧化物金屬TiO2與Mg材料球磨混合后，使氫分子化學(xué)解離能順利進(jìn)行，提供了新的氫原子擴(kuò)散通

7、道，在吸放氫反應(yīng)中起到了催化作用，較好的改善了材料的動(dòng)力學(xué)性能。納米TiO2使得復(fù)合材料的吸放氧速度加快、氫化生成焓明顯降低，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。大大提高了材料的使用壽命，降低了實(shí)驗(yàn)成本。當(dāng)CNTs的體積分?jǐn)?shù)為1.1vol%時(shí)，復(fù)合材料的綜合力學(xué)性能最好，在復(fù)合材料鍍鎳碳管分布最均勻，碳納米管呵以分布在復(fù)合材料的晶界處和晶粒內(nèi)部，通過(guò)異質(zhì)形核和阻礙晶粒長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒。本文通過(guò)剪切滯后模型對(duì)碳納米管/鎂基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)制分別做了應(yīng)力