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碳纳米管与铜及其氧化物的复合研究,78页摘要碳纳米管(cnts)具备独特的结构和优异的性能，是理想的复合材料增强体。碳纳米管增强的金属及金属氧化物基复合材料在高科技领域中具有许多潜在应用，是近年来的研究热点。但是，碳纳米管与金属及金属氧化物很难有效复合，限制了其实际应用范围。因此，研究碳纳米管与金属及金属氧化物的复合方法、开辟新颖而有效的复合路线意义重...
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内容介绍
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78页
摘要
碳纳米管(CNTs)具备独特的结构和优异的性能，是理想的复合材料增强体。
碳纳米管增强的金属及金属氧化物基复合材料在高科技领域中具有许多潜在应
用，是近年来的研究热点。但是，碳纳米管与金属及金属氧化物很难有效复合，
限制了其实际应用范围。因此，研究碳纳米管与金属及金属氧化物的复合方法、
开辟新颖而有效的复合路线意义重大。本文选择铜及其氧化物作为基体材料，在
碳纳米管表面修饰的基础上，引入分子水平复合技术，制备了氧化亚铜/碳纳米管
(Cu2O/CNTs)和铜/碳纳米管(Cu/CNTs)复合材料，并研究了复合材料的微观结构、
相关性能和复合机理。
首先，运用明胶对纯化碳纳米管进行预包覆，在其表面引入丰富的活性基团，
然后，采用溶液法在分子水平混合的基础上原位制备了Cu2O/CNTs超细复合球，
经还原及真空热压烧结制得Cu/CNTs复合块体材料，并对产品进行了形貌分析和
性能检测。SEM和TEM结果表明：碳纳米管均匀嵌镶在颗粒球中；紫外-可见吸
收光谱(UV-vis)测试表明：碳纳米管的复合使得氧化亚铜特征吸收峰蓝移61nm；
差热(DSC)分析结果表明：碳纳米管有效提高了氧化亚铜基体对高氯酸铵(AP)的
热催化性能，使其高温分解温度进一步降低10.5℃；Cu/CNTs复合材料热膨胀性
能测试表明：碳纳米管有效降低铜基体热膨胀系数(CTEs)值。另外，探讨了碳纳
米管与基体复合机理，初步认为：包覆在碳纳米管表面的明胶作为配合体捕获
Cu
2+
，使Cu
2+
在碳纳米管表面被葡萄糖原位还原成Cu
+
，并形核长大为Cu2O微
晶，然后，分布于一根或多根碳纳米管上的Cu2O微晶继续生长聚集为Cu2O球，
在此过程中，碳纳米管被埋嵌在Cu2O球内。
其次，利用氨水对纯化碳纳米管进行表面功能化处理，在其表面引入了一
定数量活性基团，采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在分子水平混合的基础上制备了碳纳
米管与铜氧化物复合粉末，经还原得Cu/CNTs复合粉末，然后，通过热压烧结制
得Cu/CNTs复合块体材料，并对产品进行了形貌分析和性能检测。SEM结果表
明：碳纳米管在铜基体中均匀分散；性能检测结果显示：通过碳纳米管的复合，
铜基体硬度最大增加了34.4%，热膨胀减小了23%，热导率保持在较高的水平。
最后，将分别由溶液法与溶胶-凝胶法制备的Cu/CNTs复合材料的热膨胀性能进
行比较，结果表明：溶液法产物CTEs值较小。另外，探讨了碳纳米管与铜复合
机理，初步认为：氨水修饰提高了碳纳米管的表面活性，促使Cu
2+
在碳纳米管表
面吸附沉积，并对其形成简单包覆。
关键词：碳纳米管；氧化亚铜；铜；复合材料；纳米复合；热催化性能；热物理
性能
VI
摘要..............................................................................
Abstract...........................................................................
第1章绪论..............................................................
1.1引言.......................................................................
1.2碳纳米管的研究概况............................................
1.2.1碳纳米管的结构..............................................
1.2.2碳纳米管的性质及应用...................................
1.2.3碳纳米管的制备..............................................
1.2.4碳纳米管的修饰及其研究进展.......................
1.3碳纳米管复合材料研究现状.................................
1.3.1碳纳米管金属基复合材料研究概况...............
1.3.2碳纳米管聚合物基复合材料研究概况............
1.3.3碳纳米管陶瓷基复合材料研究概况...............
1.3.4碳纳米管基复合材料研究概况.......................
1.4碳纳米管/氧化亚铜复合材料的研究进展............
1.4.1氧化亚铜简述..................................................
1.4.2碳纳米管/氧化亚铜复合材料的研究现状.......
1.5碳纳米管/铜基复合材料研究进展........................
1.5.1铜基复合材料简述..........................................
1.5.2碳纳米管/铜基复合材料研究现状..................VII
1.5.3碳纳米管/铜基复合材料研究中有待解决的问
1.6本课题的研究背景及意义、目的和内容.............
1.6.1研究背景、意义及目的...................................
1.6.2研究内容..........................................................
第2章溶液法Cu2O/CNTs及Cu/CNTs复合材料制备
2.1前言.......................................................................
2.2实验部分...............................................................
2.2.1原材料.............................................................
2.2.2仪器.................................................................
2.2.3试样制备..........................................................
2.2.4性能测试..........................................................
2.3结果与讨论...........................................................
2.3.1碳纳米管纯化前后形貌分析...........................
2.3.2明胶预包覆碳纳米管形貌分析.......................
2.3.3还原前复合粉末XRD分析.............................
2.3.4还原后复合粉末XRD和EDS分析................
2.3.5 Cu2O/CNTs超细复合球形貌分析....................
2.3.6表面活性剂对Cu2O/CNTs超细复合球的形貌
2.3.7 Cu2O/CNTs超细复合球生长机理研究............
2.3.8 Cu2O/CNTs超细复合球UV-vis吸收光谱研究
2.3.9 Cu2O/CNTs超细复合球对AP热分解性能研究
2.3.10 Cu/CNTs超细复合球形貌分析......................
2.3.11 Cu/CNTs复合块体断口形貌分析..................VIII
2.3.12 Cu/CNTs复合材料热膨胀性能分析..............
2.4小结...........
摘要
碳纳米管(CNTs)具备独特的结构和优异的性能，是理想的复合材料增强体。
碳纳米管增强的金属及金属氧化物基复合材料在高科技领域中具有许多潜在应
用，是近年来的研究热点。但是，碳纳米管与金属及金属氧化物很难有效复合，
限制了其实际应用范围。因此，研究碳纳米管与金属及金属氧化物的复合方法、
开辟新颖而有效的复合路线意义重大。本文选择铜及其氧化物作为基体材料，在
碳纳米管表面修饰的基础上，引入分子水平复合技术，制备了氧化亚铜/碳纳米管
(Cu2O/CNTs)和铜/碳纳米管(Cu/CNTs)复合材料，并研究了复合材料的微观结构、
相关性能和复合机理。
首先，运用明胶对纯化碳纳米管进行预包覆，在其表面引入丰富的活性基团，
然后，采用溶液法在分子水平混合的基础上原位制备了Cu2O/CNTs超细复合球，
经还原及真空热压烧结制得Cu/CNTs复合块体材料，并对产品进行了形貌分析和
性能检测。SEM和TEM结果表明：碳纳米管均匀嵌镶在颗粒球中；紫外-可见吸
收光谱(UV-vis)测试表明：碳纳米管的复合使得氧化亚铜特征吸收峰蓝移61nm；
差热(DSC)分析结果表明：碳纳米管有效提高了氧化亚铜基体对高氯酸铵(AP)的
热催化性能，使其高温分解温度进一步降低10.5℃；Cu/CNTs复合材料热膨胀性
能测试表明：碳纳米管有效降低铜基体热膨胀系数(CTEs)值。另外，探讨了碳纳
米管与基体复合机理，初步认为：包覆在碳纳米管表面的明胶作为配合体捕获
Cu
2+
，使Cu
2+
在碳纳米管表面被葡萄糖原位还原成Cu
+
，并形核长大为Cu2O微
晶，然后，分布于一根或多根碳纳米管上的Cu2O微晶继续生长聚集为Cu2O球，
在此过程中，碳纳米管被埋嵌在Cu2O球内。
其次，利用氨水对纯化碳纳米管进行表面功能化处理，在其表面引入了一
定数量活性基团，采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在分子水平混合的基础上制备了碳纳
米管与铜氧化物复合粉末，经还原得Cu/CNTs复合粉末，然后，通过热压烧结制
得Cu/CNTs复合块体材料，并对产品进行了形貌分析和性能检测。SEM结果表
明：碳纳米管在铜基体中均匀分散；性能检测结果显示：通过碳纳米管的复合，
铜基体硬度最大增加了34.4%，热膨胀减小了23%，热导率保持在较高的水平。
最后，将分别由溶液法与溶胶-凝胶法制备的Cu/CNTs复合材料的热膨胀性能进
行比较，结果表明：溶液法产物CTEs值较小。另外，探讨了碳纳米管与铜复合
机理，初步认为：氨水修饰提高了碳纳米管的表面活性，促使Cu
2+
在碳纳米管表
面吸附沉积，并对其形成简单包覆。
关键词：碳纳米管；氧化亚铜；铜；复合材料；纳米复合；热催化性能；热物理
性能
VI
摘要..............................................................................
Abstract...........................................................................
第1章绪论..............................................................
1.1引言.......................................................................
1.2碳纳米管的研究概况............................................
1.2.1碳纳米管的结构..............................................
1.2.2碳纳米管的性质及应用...................................
1.2.3碳纳米管的制备..............................................
1.2.4碳纳米管的修饰及其研究进展.......................
1.3碳纳米管复合材料研究现状.................................
1.3.1碳纳米管金属基复合材料研究概况...............
1.3.2碳纳米管聚合物基复合材料研究概况............
1.3.3碳纳米管陶瓷基复合材料研究概况...............
1.3.4碳纳米管基复合材料研究概况.......................
1.4碳纳米管/氧化亚铜复合材料的研究进展............
1.4.1氧化亚铜简述..................................................
1.4.2碳纳米管/氧化亚铜复合材料的研究现状.......
1.5碳纳米管/铜基复合材料研究进展........................
1.5.1铜基复合材料简述..........................................
1.5.2碳纳米管/铜基复合材料研究现状..................VII
1.5.3碳纳米管/铜基复合材料研究中有待解决的问
1.6本课题的研究背景及意义、目的和内容.............
1.6.1研究背景、意义及目的...................................
1.6.2研究内容..........................................................
第2章溶液法Cu2O/CNTs及Cu/CNTs复合材料制备
2.1前言.......................................................................
2.2实验部分...............................................................
2.2.1原材料.............................................................
2.2.2仪器.................................................................
2.2.3试样制备..........................................................
2.2.4性能测试..........................................................
2.3结果与讨论...........................................................
2.3.1碳纳米管纯化前后形貌分析...........................
2.3.2明胶预包覆碳纳米管形貌分析.......................
2.3.3还原前复合粉末XRD分析.............................
2.3.4还原后复合粉末XRD和EDS分析................
2.3.5 Cu2O/CNTs超细复合球形貌分析....................
2.3.6表面活性剂对Cu2O/CNTs超细复合球的形貌
2.3.7 Cu2O/CNTs超细复合球生长机理研究............
2.3.8 Cu2O/CNTs超细复合球UV-vis吸收光谱研究
2.3.9 Cu2O/CNTs超细复合球对AP热分解性能研究
2.3.10 Cu/CNTs超细复合球形貌分析......................
2.3.11 Cu/CNTs复合块体断口形貌分析..................VIII
2.3.12 Cu/CNTs复合材料热膨胀性能分析..............
2.4小结...........
