用于航空航天应用的碳纳米管复合材料
前言：自 1991 年饭岛首次发现纳米管以来，纳米管的研究在相对较短的时间内取得了巨大进步。这些纳米结构的特性如此独特和增强，以至于它在生活的各个领域都有应用——从生物医学到光学，再到外层空间。
基本上存在两个碳纳米管家族：SWNT或单壁纳米管，由一个直线管状单元构成，另一个MWNT多壁纳米管，由一系列同轴SWNT构成。虽然通常两种类型都具有高纵横比、高抗拉强度、低质量密度等，但实际值可能会因SWNT或 MWNT 而异。在这两种类型中，SWNT 更适合机械应用。
其卓越的形态、电学、热学和机械特性，碳纳米管成为一种特别有前途的材料，可作为金属基体、陶瓷和聚合物复合材料的增强材料。制备良好复合材料的关键因素在于纳米管的良好分散性、纳米管与基体之间键合的控制以及复合材料的密度。除了纳米管的类型SWNT、MWNT之外，合成模式电弧放电、激光、CVD也是重要的变量，因为它们决定了结构的完美性和表面的反应性。
碳纳米管是在 600 托压力下的氦气氛中的直流电弧等离子体系统中合成的。电弧在由高纯度石墨棒和石墨块组成的两个电极之间产生。放电通常在 24 V 的电压和 100-120 A 的电流范围内进行。
一些蒸发的碳凝结在阴极尖端，形成渣状硬沉积物。沉积物主要位于阴极上，由混合有少量无定形碳的碳纳米管束组成。由于碳纳米管的独特性能，它们作为复合材料的组成部分而受到广泛研究。基于碳纳米管的复合材料越来越多地被考虑用于机械、电气和空间应用。
将环氧树脂与石墨混合，目的是制造一种轻薄且机械强度高的复合材料，以覆盖电路以抵抗外部电磁干扰，这对于飞机和航天器非常重要。使用的环氧树脂是壳牌的商业产品 Epon 828。两种类型的固化剂与树脂一起使用；主要有A1固化剂和PAP8固化剂。
一些树脂 + 固化剂样品与 20 wt% 的石墨混合，这些用于电阻率研究的分析。强调第一种固化剂在其化学成分中具有极性基团，而第二种固化剂含有苯基。使用 PAP8 剂的复合材料的机械性能得到改善。在不同压力条件下的机械性能稳定性以及相应的电阻率行为尚未得到研究。在目前的工作中，部分填补了有关电传输特性的空白。
分析数据发现，具有固化剂 A1 的样品的电阻率比具有固化剂 PAP8 的样品低几倍，在 200 伏至 1000 伏的宽电压范围内，电阻率的绝对变化较小，而对于使用 PAP8 固化剂的样品，随着电压的增加，电阻率的变化略有增加。
从数据的初步分析和表明，使用 PAP8 试剂的复合材料的电阻率值在常压和低压条件下表现出很大差异，并且其行为不受添加石墨的影响。在含有 A1 固化剂的复合材料的情况下，行为完全不同，即材料的稳定性随着石墨添加剂的加入而增加。从优化其在航空航天应用中的使用的角度来看，这似乎有利于使用 A1 固化剂。
制备具有CNT的复合材料，首先称量CNT，将所需的CNT混合在异丙酸中并超声处理 30 分钟。然后将该溶液与已知量，重量的树脂混合并在烘箱中在 80°C 下加热 2 小时。酒精蒸发掉，含CNT的树脂再次超声处理 15 分钟。之后立即混合硬化剂 A1，并将混合物涂敷在电路表面并使其凝固。
结论：基于碳纳米管的聚合物复合材料的电学性能进行了系统研究。该复合材料是使用A1固化剂获得的，与不同的固化剂即 PAP8相比，选择该固化剂是为了在广泛的压力值范围内保持相应复合材料的稳定性。对基于 CNT 的复合材料与含有微米级石墨颗粒作为成分的复合材料的电阻率特性进行基准测试，显示了使用 CNT 的优势。
CNT 基复合材料的电阻率值变化非常显著，即使添加的 CNT 百分比变化很小。这些结果对于确定用于航空航天应用中高保真电路复合材料的最合适“配方”可能很重要，甚至暴露在本质上主要是电磁干扰的设备中。未来计划用 PAP8 研究基于 CNT 的复合材料。
