鎳基-碳納米管復合材料的制備及應用研究.pdf

1、碳納米管作為一種被人們寄予厚望的新型材料，具有極好的機械性能以及熱學和電學性能。碳納米管的楊氏模量高達1TPa，遠遠高于玻璃纖維（70GP）和其他絕大多數(shù)的材料。另外碳納米管還是良好的導體并具有較高的熱導率。由于這些突出性能，碳納米管已經(jīng)引起科學界以及工業(yè)界極大興趣。將碳納米管作為復合材料的增強相有望獲得性能優(yōu)良的新材料，給復合材料領(lǐng)域帶來革命性的突破。 本文采用直徑為10～20納米的碳納米管作為增強相材料，采用間歇超聲復合空氣

2、攪拌，通過復合電沉積技術(shù)，制備了碳管分散均勻，表面平整連續(xù)的鎳基碳納米管復合薄膜。通過掃描電子顯微鏡（SEM）對鍍層的表面形貌進行了觀察，并用表面輪廓儀，對鍍層的粗糙度進行了測量。通過顯微硬度計和納米硬度計對鍍層的硬度分別進行了測量，采用一種新型的微拉伸器件對復合薄膜的拉伸性能進行了測量。通過實驗發(fā)現(xiàn)，采用超聲復合空氣攪拌方式在鎳鍍層中復合碳納米管可以明顯的提高鍍層的硬度，并且當鍍層中碳納米管體積百分比在4.03％左右時，鍍層硬度最大。

3、和純鎳鍍層相比，鎳基碳納米管復合薄膜的抗拉強度也有所提高，通過用SEM對鍍層斷裂處觀測，驗證了碳納米管的增強效應。鎳基體與碳納米管之間良好的界面結(jié)合保證了復合材料中的應力可以順利的通過界面?zhèn)鬟f至增強相，從而實現(xiàn)碳納米管的增強作用。通過對鎳基碳納米管復合薄膜的變形區(qū)的觀測，發(fā)現(xiàn)了碳納米管增強相發(fā)揮強化作用的典型形態(tài)，具體表現(xiàn)為基體金屬發(fā)生塑性變形后，裂紋在低強度區(qū)域萌生并擴展，當其穿越復合有增強相的區(qū)域時，碳納米管與基體發(fā)生界面脫粘，被拔

4、出基體后橋聯(lián)在裂紋之間，承受載荷，阻礙裂紋擴展。 在上述研究的基礎上，進一步探索鎳基碳納米管薄膜復合共沉積技術(shù)的應用前景。在復合共沉積工藝獲得成功的基礎上，提出以場發(fā)射器件為應用目標的碳納米管復合薄膜場發(fā)射陰極的制備技術(shù)。實驗證明，采用超聲復合空氣攪拌方式，通過碳納米管復合電沉積技術(shù)能夠?qū)⒔?jīng)過預處理的碳納米管均勻分散在金屬基體中，并使碳管部分“扎根”在金屬基體之中，實現(xiàn)與表層金屬牢固結(jié)合，一部分露出基體金屬表面，形成發(fā)射體陣列。