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摘要
碳納米管(CNTs)具備獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，是理想的復(fù)合材料增強(qiáng)體。
碳納米管增強(qiáng)的金屬及金屬氧化物基復(fù)合材料在高科技領(lǐng)域中具有許多潛在應(yīng)
用，是近年來的研究熱點(diǎn)。但是，碳納米管與金屬及金屬氧化物很難有效復(fù)合，
限制了其實(shí)際應(yīng)用范圍。因此，研究碳納米管與金屬及金屬氧化物的復(fù)合方法、
開辟新穎而有效的復(fù)合路線意義重大。本文選擇銅及其氧化物作為基體材料，在
碳納米管表面修飾的基礎(chǔ)上，引入分子水平復(fù)合技術(shù)，制備了氧化亞銅/碳納米管
(Cu2O/CNTs)和銅/碳納米管(Cu/CNTs)復(fù)合材料，并研究了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、
相關(guān)性能和復(fù)合機(jī)理。
首先，運(yùn)用明膠對(duì)純化碳納米管進(jìn)行預(yù)包覆，在其表面引入豐富的活性基團(tuán)，
然后，采用溶液法在分子水平混合的基礎(chǔ)上原位制備了Cu2O/CNTs超細(xì)復(fù)合球，
經(jīng)還原及真空熱壓燒結(jié)制得Cu/CNTs復(fù)合塊體材料，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了形貌分析和
性能檢測(cè)。SEM和TEM結(jié)果表明：碳納米管均勻嵌鑲在顆粒球中；紫外-可見吸
收光譜(UV-vis)測(cè)試表明：碳納米管的復(fù)合使得氧化亞銅特征吸收峰藍(lán)移61nm；
差熱(DSC)分析結(jié)果表明：碳納米管有效提高了氧化亞銅基體對(duì)高氯酸銨(AP)的
熱催化性能，使其高溫分解溫度進(jìn)一步降低10.5℃；Cu/CNTs復(fù)合材料熱膨脹性
能測(cè)試表明：碳納米管有效降低銅基體熱膨脹系數(shù)(CTEs)值。另外，探討了碳納
米管與基體復(fù)合機(jī)理，初步認(rèn)為：包覆在碳納米管表面的明膠作為配合體捕獲
Cu
2+
，使Cu
2+
在碳納米管表面被葡萄糖原位還原成Cu
+
，并形核長(zhǎng)大為Cu2O微
晶，然后，分布于一根或多根碳納米管上的Cu2O微晶繼續(xù)生長(zhǎng)聚集為Cu2O球，
在此過程中，碳納米管被埋嵌在Cu2O球內(nèi)。
其次，利用氨水對(duì)純化碳納米管進(jìn)行表面功能化處理，在其表面引入了一
定數(shù)量活性基團(tuán)，采用溶膠-凝膠法(Sol-Gel)在分子水平混合的基礎(chǔ)上制備了碳納
米管與銅氧化物復(fù)合粉末，經(jīng)還原得Cu/CNTs復(fù)合粉末，然后，通過熱壓燒結(jié)制
得Cu/CNTs復(fù)合塊體材料，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了形貌分析和性能檢測(cè)。SEM結(jié)果表
明：碳納米管在銅基體中均勻分散；性能檢測(cè)結(jié)果顯示：通過碳納米管的復(fù)合，
銅基體硬度最大增加了34.4%，熱膨脹減小了23%，熱導(dǎo)率保持在較高的水平。
最后，將分別由溶液法與溶膠-凝膠法制備的Cu/CNTs復(fù)合材料的熱膨脹性能進(jìn)
行比較，結(jié)果表明：溶液法產(chǎn)物CTEs值較小。另外，探討了碳納米管與銅復(fù)合
機(jī)理，初步認(rèn)為：氨水修飾提高了碳納米管的表面活性，促使Cu
2+
在碳納米管表
面吸附沉積，并對(duì)其形成簡(jiǎn)單包覆。
關(guān)鍵詞：碳納米管；氧化亞銅；銅；復(fù)合材料；納米復(fù)合；熱催化性能；熱物理
性能
VI
摘要..............................................................................
Abstract...........................................................................
第1章緒論..............................................................
1.1引言.......................................................................
1.2碳納米管的研究概況............................................
1.2.1碳納米管的結(jié)構(gòu)..............................................
1.2.2碳納米管的性質(zhì)及應(yīng)用...................................
1.2.3碳納米管的制備..............................................
1.2.4碳納米管的修飾及其研究進(jìn)展.......................
1.3碳納米管復(fù)合材料研究現(xiàn)狀.................................
1.3.1碳納米管金屬基復(fù)合材料研究概況...............
1.3.2碳納米管聚合物基復(fù)合材料研究概況............
1.3.3碳納米管陶瓷基復(fù)合材料研究概況...............
1.3.4碳納米管基復(fù)合材料研究概況.......................
1.4碳納米管/氧化亞銅復(fù)合材料的研究進(jìn)展............
1.4.1氧化亞銅簡(jiǎn)述..................................................
1.4.2碳納米管/氧化亞銅復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀.......
1.5碳納米管/銅基復(fù)合材料研究進(jìn)展........................
1.5.1銅基復(fù)合材料簡(jiǎn)述..........................................
1.5.2碳納米管/銅基復(fù)合材料研究現(xiàn)狀..................VII
1.5.3碳納米管/銅基復(fù)合材料研究中有待解決的問
1.6本課題的研究背景及意義、目的和內(nèi)容.............
1.6.1研究背景、意義及目的...................................
1.6.2研究?jī)?nèi)容..........................................................
第2章溶液法Cu2O/CNTs及Cu/CNTs復(fù)合材料制備
2.1前言.......................................................................
2.2實(shí)驗(yàn)部分...............................................................
2.2.1原材料.............................................................
2.2.2儀器.................................................................
2.2.3試樣制備..........................................................
2.2.4性能測(cè)試..........................................................
2.3結(jié)果與討論...........................................................
2.3.1碳納米管純化前后形貌分析...........................
2.3.2明膠預(yù)包覆碳納米管形貌分析.......................
2.3.3還原前復(fù)合粉末XRD分析.............................
2.3.4還原后復(fù)合粉末XRD和EDS分析................
2.3.5 Cu2O/CNTs超細(xì)復(fù)合球形貌分析....................
2.3.6表面活性劑對(duì)Cu2O/CNTs超細(xì)復(fù)合球的形貌
2.3.7 Cu2O/CNTs超細(xì)復(fù)合球生長(zhǎng)機(jī)理研究............
2.3.8 Cu2O/CNTs超細(xì)復(fù)合球UV-vis吸收光譜研究
2.3.9 Cu2O/CNTs超細(xì)復(fù)合球?qū)P熱分解性能研究
2.3.10 Cu/CNTs超細(xì)復(fù)合球形貌分析......................
2.3.11 Cu/CNTs復(fù)合塊體斷口形貌分析..................VIII
2.3.12 Cu/CNTs復(fù)合材料熱膨脹性能分析..............
2.4小結(jié)...........