1、納米碳纖維是通過裂解氣相碳?xì)浠衔镏苽涞囊环N非連續(xù)石墨纖維，是近年來興起的一種新型亞微米增強(qiáng)材料。準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的納米碳纖維不僅具有氣相生長碳纖維所具有的特性，而且在結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用等方面與碳納米管相似，其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能是制備高性能聚合物基復(fù)合材料和功能復(fù)合材料的理想材料。但納米碳纖維間較強(qiáng)的相互作用導(dǎo)致其在聚合物基體中難于分散，限制了其應(yīng)用。本文從納米碳纖維的表面處理出發(fā)，對納米碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能、電學(xué)性能、電阻-應(yīng)變特性及其

2、增強(qiáng)增韌機(jī)理和應(yīng)變傳感機(jī)理等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，主要獲得了以下幾個(gè)方面的研究成果： (1)采用濃硫酸/濃硝酸混合酸(體積比為3:1)處理、等離子處理及60Coγ-射線處理等三種方法對納米碳纖維進(jìn)行了表面處理。研究結(jié)果表明，上述方法均能降低納米碳纖維纏結(jié)程度，減少殘留的催化劑顆粒和雜質(zhì)，并在納米碳纖維表面引入了一定數(shù)量的羰基和羧基等官能團(tuán)，從而改善納米碳纖維在環(huán)氧樹脂基體中的分散狀況及其與基體樹脂的界面結(jié)合狀況，在較大程度上提高

3、復(fù)合材料的斷裂韌性。其中，等離子處理效果最佳，當(dāng)納米碳纖維含量為0.5wt％時(shí)，采用等離子處理制備的納米復(fù)合材料的斷裂韌性較純環(huán)氧樹脂提高44.6％，較未處理納米碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料提高25.3％。 (2)根據(jù)高韌性天然貝殼類材料微觀結(jié)構(gòu)的啟示，采用有機(jī)蒙脫土和多壁碳納米管混雜對環(huán)氧樹脂進(jìn)行增韌，發(fā)現(xiàn)有機(jī)蒙脫土和多壁碳納米管對環(huán)氧樹脂具有協(xié)同增韌和增強(qiáng)的作用。X-ray衍射和SEM研究結(jié)果表明多壁碳納米管和納米有機(jī)蒙脫土片層

4、在樹脂體系中能夠形成類似貝殼類材料平面互鎖結(jié)構(gòu)的相互穿插結(jié)構(gòu)。多壁碳納米管和納米有機(jī)蒙脫土協(xié)同增韌增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的主要原因是微裂紋增韌、剪切屈服和纖維拔出。 (3)采用四引線法對納米碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電性能進(jìn)行了研究。研究表明，復(fù)合材料的電阻率隨納米碳纖維含量的增加呈幾何級數(shù)遞減，其滲濾區(qū)域在0.1％～0.2wt％之間；在0.2～1.2μA的電流范圍內(nèi)，納米碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電阻基本不受外加電流和電壓的影響，總體上

5、符合歐姆定律；且納米碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料在升溫和降溫過程中均呈現(xiàn)出PTC效應(yīng)和NTC效應(yīng)，并具有良好的回復(fù)穩(wěn)定性。 (4)采用四點(diǎn)彎曲法和循環(huán)拉伸法研究了納米碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的電阻-應(yīng)變特性。發(fā)現(xiàn)納米碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有良好的靜態(tài)應(yīng)變傳感特性，隨著纖維含量的增加，納米碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料傳感器的線性度上升，靈敏度下降；石墨的混雜改善了納米碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料傳感器的線性關(guān)系，同時(shí)降低了靈敏度；納米碳纖