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La révolution des nanotubes de carbone: comment améliorent-ils étonnamment les propriétés mécaniques des polymères?
Dans le domaine de la science des matériaux, les matériaux composites à base de polymère (PMC) ont reçu une attention généralisée pour leur résistance structurelle et leurs propriétés légères.Des recherches récentes montrent que les nanotubes de carbone, en tant que matériaux de renforcement, apportent des avancées innovantes, et ces fibres peuvent améliorer considérablement les propriétés mécaniques des polymères.Cela a un impact profond sur divers domaines d'application tels que l'aérospatiale, les automobiles et l'architecture.
Les nanotubes de carbonesont connus pour leur excellente résistance et rigidité et peuvent améliorer considérablement les performances des matériaux sous des charges à faible volume.
La matrice des composites à base de polymère est généralement en thermodoste ou des polymères thermoplastiques.Les résines thermodurcies, telles que les résines époxy, sont le type le plus courant dans l'industrie des composites.Après le durcissement, ces résines ne changent plus de forme, ce qui les rend adaptées à de nombreuses applications industrielles.
Caractéristiques et avantages des nanotubes de carbone
La forte structure de liaison covalente des nanotubes de carbone lui donne une rigidité et une résistance à la traction extrêmement élevées, et sa densité est également très faible.Ces propriétés uniques signifient que les nanotubes de carbone peuvent améliorer considérablement les performances du polymère même sous des charges de volume inférieures à 2%.Cependant, pour profiter de ces caractéristiques, de bonnes capacités de transfert de charge sont nécessaires entre les nanotubes de carbone et la matrice.
Le transfert de charge efficace est essentiel pour les propriétés mécaniques des polymères améliorés en nanotube de carbone.
L'étude montre que l'utilisation de longues nanotubes de carbone peut améliorer la rigidité et la résistance de la traction, principalement parce qu'elles peuvent fournir de plus grandes distances de transfert de contrainte.De plus, les nanotubes de carbone courts ne peuvent pas améliorer significativement les propriétés des matériaux si elles manquent d'une bonne adhésion interfaciale.
Méthode de fonctionnalisation des nanotubes de carbone
Pour promouvoir la liaison d'interface entre les nanotubes de carbone et la matrice polymère, les scientifiques ont étudié une variété de méthodes de fonctionnalisation.Ces méthodes peuvent être divisées en stratégies non covalentes et covalentes.La modification non covalente implique généralement l'adsorption ou le revêtement avec des polymères par la force de van der Waals ou l'empilement π, tandis que la fonctionnalisation covalente est accomplie en formant des liaisons directement à la surface des nanotubes de carbone.
Ces méthodes de modification permettent aux nanotubes de carbone de mieux interagir avec la matrice polymère et d'améliorer les propriétés mécaniques.
Application de nanotubes de carbone dans différents polymères
Compte tenu des propriétés du polymère, les composites polymères résistants au nanotube de carbone ont des stratégies de mise en œuvre différentes dans différentes opérations.Pour les polymères thermodurcissables, les nanotubes peuvent être mélangés avec une résine par traitement en solution;Cependant, dans le traitement de la fusion, la charge de nanotubes en carbone excessivement élevée peut entraîner une augmentation de la viscosité, ce qui rend le traitement difficile.
Prospects et défis
Bien que les nanotubes de carbone aient un grand potentiel en tant que matériaux de renforcement, ils sont toujours confrontés à de nombreux défis dans les applications commerciales.Y compris des problèmes tels que la façon de contrôler la dispersion des nanotubes de carbone, d'améliorer l'adhésion d'interface et de réduire les coûts de production, des recherches approfondies et des exploration sont encore nécessaires.Avec l'avancement continu de la technologie, les nanotubes de carbone peuvent être appliqués dans plus de matériaux à l'avenir et changer complètement le paysage actuel des sciences des matériaux.
Alors, comment ce matériel révolutionnaire façonnera-t-il notre vie et notre industrie future?
