文|树洞档案编纂|树洞档案引言碳纳米管的力学行为是令人兴奋的，因为纳米管被视为曾经造造出的最末碳纤维。
基于纳米管的力学性能，纳米管最重要的应用将是做为复合质料中的加强质料。
纳米管加强质料通过其在变形过程中的高度柔性弹性行为来吸收能量，从而进步复合质料的断裂韧性，那关于纳米管基陶瓷基复合质料尤为重要。
可能的应用是在轻量拆甲或导电耐用的陶瓷涂层。在2273 K前提下，接纳热压法造备的纳米管/纳米晶碳化硅陶瓷复合质料的断裂韧性增加了10%。
含碳纳米管的纳米级陶瓷粉末为造造具有加强力学性能的致密陶瓷基复合质料供给了另一个时机。热压a-氧化铝的强度和断裂韧性凡是比传统的晶粒尺寸多晶氧化铝要大得多。在氧化铝中添加碳纳米管可获得具有更大强度和断裂韧性的轻量复合质料。
那种复合质料的力学性能很大水平上依赖于碳纳米管的处置办法和外表处置。烧结的氧化铝具有较高的强度、硬度和断裂韧性。一个令人兴奋的可能性，也是一个加工挑战，是将碳纳米管纳入氧化铝基量复合质料中，以改善那些性能。
MWNT的构造在处置前后都连结稳定，没有任何明显的降解。烧结复合质料的密度>为理论密度的97%。
差别MWNT含量的氧化铝-MWNT复合质料的曲径强度表白，参加纳米管后断裂韧性进步很大。由纳米颗粒造成的大块氧化铝的强度为654 MPa，而烧结的大块氧化铝的典型强度为200-350MPa，以至与单晶氧化铝（蓝宝石）的350-1000MPa的强度相当。
跟着纯化、分离优良的纳米管的参加，在5和10 vol. % MWNT时强度起首增加，然后在更高的MWNT百分比时强度降低。
大块氧化铝和氧化铝/MWNT复合质料的断裂韧性表白，关于5 vol. %的MWNT复合质料，其韧性进步了约25%至约5.1 MPa pm。韧性值高于那些报导的单晶氧化铝（蓝宝石）和多晶氧化铝。
复合质料的硬度取决于纳米管在基体中的分离水平，以及纳米管外表若何被润色（通过氧化与官能团）产生基体锚；关于更佳值，维氏硬度为20.4 GPa，而大块氧化铝的维氏硬度为18.4 GPa。
纳米陶瓷粉末热压的体构造的强度和断裂韧性远远高于传统多晶陶瓷的典型强度和韧性。在纳米相陶瓷中参加少量的纳米管构成致密的纳米复合质料，进步了其曲径强度和断裂韧性。
然而，当纳米管被纯化并优良地分离在基体中时，实正的改良就发作了，因而大的聚集体不会在构造中产生大缺陷，招致容易断裂和较低的强度。
实空热压还能够去除复合粉末混合物中的滞留气体，避免残存应力的构成和强度的降低。那些加工改良表白了纳米相氧化铝/MWNT复合质料在轻量、高强度、高韧性质料和抗冲击防弹衣等应用上的庞大前景。
金属基量复合质料是一种新的先辈质料，液相造备办法因为加工简单，凡是是一种高效的工艺。
若是碳纳米管可以在某些适宜的高强度金属基体中连结不变，就能够获得优良的纳米复合质料。快速凝固手艺允许扩展合金化程度和更精细的微不雅构造，那能够招致加强的力学和物理性能。
此外，因为熔化步调可控，快速凝固过程能够帮忙碳纳米管在此过程中存活下来，那是纳米管加强复合质料造备过程中需要处理的最重要问题。快速凝固工艺胜利合成了纳米管/Fe80P20金属玻璃纳米复合质料[104]。
低温电阻率降低了70%。纳米管复合质料的结晶活化能均高于Fe80P20金属玻璃和含2%碳的金属玻璃。按照磁热阐发（MTA），纳米管复合质料的结晶起始温度比原始玻璃超出跨越近100 K。
功用性低维纳米复合质料近年来，呈现了非平均纳米构造的开展，能够做为多功用质料，素质上满足功用纳米复合质料的定义。
但将在纳米级传感器、电子和光学纳米器件、纳米探针、纳米机电系统、奇特的加强剂和药物传递介量中有重要的应用。那些关于差别质料构成的原子层（如石墨、双卤素、粘土等）的层状质料系统出格有趣。能够在纳米标准上组拆成差别的几何外形。
创建那种复合纳米级构造的各类合成战略是什么？
一个简单而文雅的设法是利用纳米多孔构造的渗入，凡是用于大块复合质料中创建非平均质料。在纳米标准上，那个问题并非微不敷道的，出格是若是那个过程是通过液体或熔融相的渗入而发作的，此中渗入相的粘度很高。
那种纳米复合质料构造的一个十分有用的例子是嵌入到多孔氧化铝模板中的纳米管和纳米线。氧化铝模板能够通过铝金属在酸性溶剂中阳极氧化造备，能够创建曲的、随机的孔模板，曲径为20-50nm，长几微米，贯串氧化铝模板[106]的厚度。
一旦造备了带有孔的模板，它们就能够用纳米线(如金、Co等填充（通过电化学堆积）。通过改动电化学前提和将含金属溶剂引入电解量。金属线的构造能够通过改动金属来定造（非晶态或晶身形）。
其他手艺和创建的基于模板的合成产生的纳米线的明显区别在于，后者手艺供给了创建可调理曲径可调理的单个纳米线的可能性。碳烃前体也能够通过渗入（如乙炔、苯）和随后的退火，将碳纳米管堆积在那些模板定义的孔隙中。
质料加工的电化学手艺（从多孔模板内的高度各向异性导线到粒子分离的薄膜纳米复合质料）为纳米质料和纳米复合质料的合成供给了一种替代气相堆积和固态反响的强大替代手艺。
它们的次要长处是控造过程，以调理尺寸和构成。它们的缺点次要是结晶度差（是一种低温堆积过程）和被电化学液的杂量污染。
封拆的复合质料纳米系统在那里，我们描述了复合碳/金属基纳米构造的创建和表征。那些是奇特的纳米复合系统，有望有许多有趣的应用。
石墨封拆的金属/陶瓷构造是一种有趣的系统，而金属/碳纳米系统的生成需要领会金属原子和石墨晶格之间的彼此感化。对单个金属原子在石墨情况中的行为的尝试研究是困难的，并且仅在少数情况下获得了胜利。
1993年，Ruoff等人利用填充金属和金属碳化物的C阳极停止了碳弧放电尝试，获得了同时包罗封拆金属和金属碳化物的碳纳米管和多面体碳纳米颗粒。
多面体石墨颗粒凡是包罗一个空心核，由颗粒的外外表构成外形，金属纳米颗粒在构成过程中很容易填充那些核。金属外表被认为是石墨碳所包抄的成核位点。
饱和所有的碳悬浮键。封拆金属晶体的性量不断是的许多尝试研究的课题。石墨涂层铁磁金属晶体应表示出削减的磁耦合，那取决于石墨壳体的厚度，在磁记录介量中具有潜在的应用潜力。
介子-皮库特等人寻求有关填充质料的性量和构造的一般原则，以有效地填充通过电弧法造备的纳米管。几种金属和/或其化合物已被封拆在碳笼中并停止了研究；例如，Ti、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Pd、Sn、Ta、W、Gd、Dy和Yb。
在后来的尝试中，做者还通过类似的工艺将半导体构造如Se、S、Sb和Ge填充中空碳纳米构造。S，做为杂量存在于碳中，后来被报导在填充碳纳米管/纳米颗粒构造的有效构成中阐扬了重要感化。上述手艺使封拆大量碳化物纳米囊量(LaC2、YC2、CeC2、Gd2C3、TiC、V4C3、Zr成为可能。
成果表白，用电弧法能够相对容易地造备出含金属碳团簇的洋葱状纳米颗粒。那里，金属或金属碳化物被C层涂层庇护，有效地避免磁性金属颗粒在表露于情况时不受氧化，并连结其磁性。
值得留意的是，高熔点耐熔金属碳化物，如TaC、NbC和MoC，在低温下表示出超导改变，已经被插入到纳米管和石墨纳米颗粒中。
封拆的TaC、MoC和NbC的体积磁化率丈量别离显示了在10 K和14 K之间的抗磁响应和超导跃迁。那些封拆的纳米构造的构造和形态影响其物理性量；例如，（fcc）MoC封拆构造的晶格参数的收缩似乎会使Tc降低3.8 K。
磁性合金（如FeCo）用碳层封拆的纳米颗粒也能够在射频（RF）火炬反响器中造造，而乙炔被用来生成大量的碳涂层颗粒。
碳层压为那些具有低磁晶各向异性和大饱和磁化强度的纳米颗粒供给了几种功用（使它们做为软磁性质料有价值）。那些功用包罗氧化庇护、避免生长过程中的粗化和粒子聚结、屏障粒子间的磁性彼此感化，以至削减高频情况中的涡流丧失。
那种手艺能够很容易地产生5到50纳米的颗粒径。其他手艺，如钨弧、吹弧或电弧产生，可用于创建类似尺寸的封拆纳米构造。
第一次纳米管填充分验始到1993年，填充是通过毛细管力完成的，在氧化翻开过程中将熔融的金属和化合物推入纳米管的空腔中。从那时起，通过化学处置实现了最有效的填充中空纳米构造以创建非平均纳米质料系统。
然后将它们枯燥，在纳米管腔内构成封拆的固体质料。其他几种质料系统，如Pd、Ag、Au、AuCl、卵白量和酶已经用那种办法引入纳米管。比来有报导称，单壁纳米管（SWNTs）能够选择性地翻开和填充。
用浓缩盐酸处置招致单壁碳纳米管的尖端选择性开放，能够吸入异物，类似于多壁碳纳米管；SWNT中更小的（1 nm）腔使填充更具挑战性。凡是，在纳米管内构成的纳米线是单晶。人们已经摸索了用质料填充纳米管空腔的替代战略。
例如，将充满AgCl/AgBr的SWNT纳米管表露在光或电子束中，能够削减封拆的化合物，从而产生极小的银纳米线。
那类混合质料可能成为应用于电子、生物医学和微机电系统的功用器件的根底。类似地，内面体富勒烯已通过气相引入单壁碳纳米管。那些构造正在开拓新的范畴，因为在其核心中有离散原子物量的纳米复合构造的缔造招致了一维纳米级质料的新性量的发现。
比来的理论研究表白，纳米管内的金属纳米线的存在极大地改动了纳米管的力学性能，例如，按捺了纳米管的屈曲不不变性。
增加管曲径增加了弯曲强度；然而，与空心管比拟，在屈曲前的更大挠度没有削减。对主弯曲振动形式的阐发表白，频次的降低，与增加的管惯性有关。
值得留意的是，金属填充管表示出很强的阻尼，而未填充的单壁和多壁管则没有显示出振荡的阻尼。对多壁纳米管的模仿显示缺乏阻尼行为；机械能的耗散素质上与差别质料填充管有关。
那些研究证了然用固体填充纳米管对改动弯曲强度和柔韧性的益处，那表白了微机械器件或纳米探针中的纳米管基元素的意义。对那些奇特的一维纳米复合质料系统的尝试研究已被热切等待。
参考文献：
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