用于航空航天應用的碳納米管複合材料
前言：自 1991 年飯島首次發現納米管以來，納米管的研究在相對較短的時間内取得了巨大進步。這些納米結構的特性如此獨特和增強，以至于它在生活的各個領域都有應用——從生物醫學到光學，再到外層空間。
基本上存在兩個碳納米管家族：SWNT或單壁納米管，由一個直線管狀單元構成，另一個MWNT多壁納米管，由一系列同軸SWNT構成。雖然通常兩種類型都具有高縱橫比、高抗拉強度、低品質密度等，但實際值可能會因SWNT或 MWNT 而異。在這兩種類型中，SWNT 更适合機械應用。
其卓越的形态、電學、熱學和機械特性，碳納米管成為一種特别有前途的材料，可作為金屬基體、陶瓷和聚合物複合材料的增強材料。制備良好複合材料的關鍵因素在于納米管的良好分散性、納米管與基體之間鍵合的控制以及複合材料的密度。除了納米管的類型SWNT、MWNT之外，合成模式電弧放電、雷射、CVD也是重要的變量，因為它們決定了結構的完美性和表面的反應性。
碳納米管是在 600 托壓力下的氦氣氛中的直流電弧等離子體系統中合成的。電弧在由高純度石墨棒和石墨塊組成的兩個電極之間産生。放電通常在 24 V 的電壓和 100-120 A 的電流範圍内進行。
一些蒸發的碳凝結在陰極尖端，形成渣狀硬沉積物。沉積物主要位于陰極上，由混合有少量無定形碳的碳納米管束組成。由于碳納米管的獨特性能，它們作為複合材料的組成部分而受到廣泛研究。基于碳納米管的複合材料越來越多地被考慮用于機械、電氣和空間應用。
将環氧樹脂與石墨混合，目的是制造一種輕薄且機械強度高的複合材料，以覆寫電路以抵抗外部電磁幹擾，這對于飛機和航天器非常重要。使用的環氧樹脂是殼牌的商業産品 Epon 828。兩種類型的固化劑與樹脂一起使用；主要有A1固化劑和PAP8固化劑。
一些樹脂 + 固化劑樣品與 20 wt% 的石墨混合，這些用于電阻率研究的分析。強調第一種固化劑在其化學成分中具有極性基團，而第二種固化劑含有苯基。使用 PAP8 劑的複合材料的機械性能得到改善。在不同壓力條件下的機械性能穩定性以及相應的電阻率行為尚未得到研究。在目前的工作中，部分填補了有關電傳輸特性的空白。
分析資料發現，具有固化劑 A1 的樣品的電阻率比具有固化劑 PAP8 的樣品低幾倍，在 200 伏至 1000 伏的寬電壓範圍内，電阻率的絕對變化較小，而對于使用 PAP8 固化劑的樣品，随着電壓的增加，電阻率的變化略有增加。
從資料的初步分析和表明，使用 PAP8 試劑的複合材料的電阻率值在常壓和低壓條件下表現出很大差異，并且其行為不受添加石墨的影響。在含有 A1 固化劑的複合材料的情況下，行為完全不同，即材料的穩定性随着石墨添加劑的加入而增加。從優化其在航空航天應用中的使用的角度來看，這似乎有利于使用 A1 固化劑。
制備具有CNT的複合材料，首先稱量CNT，将所需的CNT混合在異丙酸中并超聲處理 30 分鐘。然後将該溶液與已知量，重量的樹脂混合并在烘箱中在 80°C 下加熱 2 小時。酒精蒸發掉，含CNT的樹脂再次超聲處理 15 分鐘。之後立即混合硬化劑 A1，并将混合物塗敷在電路表面并使其凝固。
結論：基于碳納米管的聚合物複合材料的電學性能進行了系統研究。該複合材料是使用A1固化劑獲得的，與不同的固化劑即 PAP8相比，選擇該固化劑是為了在廣泛的壓力值範圍内保持相應複合材料的穩定性。對基于 CNT 的複合材料與含有微米級石墨顆粒作為成分的複合材料的電阻率特性進行基準測試，顯示了使用 CNT 的優勢。
CNT 基複合材料的電阻率值變化非常顯著，即使添加的 CNT 百分比變化很小。這些結果對于确定用于航空航天應用中高保真電路複合材料的最合适“配方”可能很重要，甚至暴露在本質上主要是電磁幹擾的裝置中。未來計劃用 PAP8 研究基于 CNT 的複合材料。
