DOI:10.14028/jki.1003-3726.2009.02.009·12·高分子通报2009年2月聚苯乙烯碳纳米管复合材料研究进展(1.中国科学院化学研究所新材料实验室,北京分子科学国家实验室,北京100190;2.北京师范大学化学学院高分子化学与物理研究所,北京师范大学环境友好与功能高分子材料重点实验室,北京100875)摘要:聚苯乙烯碳纳米管复合材料是近年来开发的新型聚合物基复合材料,具有独特的一维纳米管分散微结构,往往表现出比纯聚苯乙烯更好的机械力学性能、电学性能和热性能等,在诸多领域具有广泛的应用前景。本文首先简要介绍了碳纳米管的结构特点、制备与纯化和性能,然后重点阐述了聚苯乙烯碳纳米管复合材料的几种制备方法、结构表征以及力学、电学和热性能等方面的研究进展,并对聚苯乙烯共聚物碳纳米管复合材料的研究现状进行介绍。关键词:聚苯乙烯;碳纳米管;复合材料引言纳米复合材料是指分散相在三维尺寸上至少有一维小于100nm的一类复合材料[1],是当今国际上材料学中最活跃的前沿领域之一。它不仅具有独特的纳米级分散微结构,而且将其组分的优点在纳米尺度上完美结合起来,表现出单一组分和常规微观复合材料难以达到的优异性能。在聚合物无机物纳米复合材料中,研究最多也最深入的是聚合物粘土纳米复合材料[2～4]和聚合物碳纳米管(CNTs)复合材料[5～7]。CNTs自从被发现以来就迅速成为物理、化学和材料学等领域热点之一,它不仅具有独特的一维管状纳米结构,同时也是迄今为止发现的唯一同时具备超高机械力学性能、热性能和电性能的超级材料,甚至有人提出了用CNTs制备连接地球与其同步轨道卫星的“太空梯”(spaceelevator)的设想[8]。自1994年[9]Ajayan等将CNTs作为无机填料加入到聚合物基体中制备聚合物CNT复合材料以来,人们开展了大量研究工作,试图通过纳米复合技术,使CNTs充分解缠绕并均匀分散在聚合物基体中,以制备新型高性能多功能聚合物基纳米复合材料。聚苯乙烯(PS)是热塑性高分子材料的一个大品种,在泡沫塑料和透明制品等领域有着广泛的应用。本文对PSCNT复合材料的制备、结构表征及其性能等方面的研究进展进行综述。另外,需要说明的是,由于CNTs的直径通常小于100nm,因此当CNTs被充分解缠绕并均匀分散时得到的其实就是纳米复合材料。但鉴于很多关于PSCNT纳米复合材料的文献使用“复合材料”名称,本文仍沿用这一说法。1CNTs简介1.1CNTs的结构---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---综述1991年,日本NEC公司的Ii激ma[10]用高分辨透射电镜(TEM)分析电弧法产生的石墨阴极沉积物时,基金项目:国家自然科学基金项目(NO.50873103);作者简介:孙国星(1983-),男,硕士研究生,研究方向为聚合物基复合材料;＊通讯联系人,E-mail:1.chengm@iccas.ac;2.lzp@bnu.edu.---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---第2期高分子通报·13·发现了具有纳米尺寸结构的碳的多层管状物,称之为碳纳米管(CNTs)。CNTs是一种新型的碳结构,可以形象地认为是由碳六边形的石墨片按一定的螺旋度卷曲而成的无缝纳米级管状结构。根据组成的石墨片层数的不同,CNTs可分为单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs),其结构如图1所示。CNTs的直径通常在零点几至一百纳米,长度可达厘米级,因此具有极大的长径比。每层纳米管是一个由碳原子主要通过SP2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六角形网格结构组成的圆柱面,但是由于存在一定曲率,也包含一定比例的SP3杂化。直径较小的SWNTs,曲率较大,SP3杂化的比例也就较大。图1(A)SWNT形成示意图;(B)MWNT示意图[11,12]Figure1(A)FormationofSWNT;(B)ImageofMWNT[11,12]1.2CNTs的制备与纯化CNTs一般由电弧法(arcdischarge)[10]、激光蒸发法(laserablation)[13]和化学气相沉积法(chemicalvapordecomposition,简称CVD)[10,14～16]等制得。电弧法和激光蒸发法是将固态碳挥发产生的热的气态碳原子凝结下来,而CVD法则是由气态碳源高温下经催化分解得到的。各种方法制得的CNTs直径、长度及缺陷密度各不相同,但其中都存在一定量的杂质,包括无定型碳、碳纳米颗粒、富勒烯簇、金属催化剂颗粒等,直接影响了CNTs的性能和应用。目...