本文關(guān)鍵詞：拉曼光譜在碳納米管聚合物復(fù)合材料中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

2010年 第55卷 第22期：2165 ~ 2176

評 述

《中國科學(xué)》雜志社

SCIENCE CHINA PRESS

拉曼光譜在碳納米管聚合物復(fù)合材料中的應(yīng)用

高云①③, 李凌云①④, 譚平恒②, 劉璐琪①*, 張忠①*

① 國家納米科學(xué)中心, 北京100190;

② 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所, 半導(dǎo)體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100083; ③ 北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院, 北京100871; ④ 中國科學(xué)院研究生院, 北京100049

* 聯(lián)系人, E-mail: liulq@; zhong.zhang@ 2009-12-03收稿, 2010-05-12接受

國家重大科學(xué)研究計(jì)劃(2007CB936803)、國家自然科學(xué)基金(20874023)和中國科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目(KJCX2-YW-MO1)資助

摘要 拉曼光譜學(xué)不僅被廣泛地用來確定碳納米管的物理性質(zhì)、表面功能化程度及取向性等, 也逐漸被發(fā)展成為研究碳納米管聚合物復(fù)合材料界面相互作用的絕佳工具. 本文綜述了拉曼光譜在碳納米管聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用研究. 基于碳納米管拉曼光譜峰位的變化能夠靈敏地反映碳納米管的形變程度, 因此通過拉曼光譜能夠定量地評估復(fù)合材料中碳納米管與聚合物分子之間的相互作用、監(jiān)測聚合物的相變過程、以及進(jìn)行碳納米管在復(fù)合材料中的應(yīng)力分析和計(jì)算碳納米管的楊氏模量. 同時(shí), 給出了將拉曼光譜應(yīng)用到碳納米管宏觀聚集體(包括碳納米管薄膜、碳納米管纖維及其復(fù)合材料纖維)研究方面的最新進(jìn)展, 如分析了碳納米管宏觀聚集體材料的微觀變形機(jī)理和從宏觀結(jié)構(gòu)到微觀結(jié)構(gòu)的應(yīng)變傳遞效率, 揭示了影響材料性能的關(guān)鍵性因素, 并實(shí)現(xiàn)了碳納米管宏觀聚集體楊氏模量的準(zhǔn)確預(yù)測.

關(guān)鍵詞

顯微拉曼光譜 碳納米管 復(fù)合材料 碳納米管宏觀 聚集體

拉曼光譜是物質(zhì)的非彈性散射光譜, 能夠提供材料在振動(dòng)和電子性質(zhì)方面的獨(dú)特信息. 碳質(zhì)材料種類繁多, 多具有和石墨片層相似的微觀結(jié)構(gòu); 不同碳質(zhì)材料在結(jié)構(gòu)或尺寸方面存在微小的差異, 其振動(dòng)形式和電子特性往往就在拉曼光譜中表現(xiàn)出不同的特征. 由于拉曼散射對碳質(zhì)材料結(jié)構(gòu)中的偏移對稱性十分敏感, 同時(shí)又具備所需樣品量少、對樣品無損傷等優(yōu)點(diǎn), 使得拉曼散射成為一種探測納米碳質(zhì)材料微觀結(jié)構(gòu)信息的理想手段[1].

近些年來, 隨著碳納米管物性研究的逐步深入, 顯微拉曼光譜已經(jīng)發(fā)展成為研究和表征碳納米管物理性質(zhì)的重要方法之一. 一方面它可以用來確定單根碳納米管的直徑大小和管束的直徑分布[2~4]、碳納米管的金屬性或非金屬性[5]、以及碳納米管的取向性[6~8]等; 另一方面, 利用拉曼光譜也可定量評估動(dòng)

英文版見: Gao Y, Li L Y, Tan P H, et al. Application of Raman spectroscopy in carbon nanotube-based polymer composites. Chinese Sci Bull, 2010, 55, doi:

10.1007/s11434-010-4100-9

態(tài)條件下碳納米管所承受的應(yīng)力或應(yīng)變的相對大小[9]. 在外加載荷作用下, 碳納米管中C== C鍵長會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化, 導(dǎo)致碳納米管拉曼光譜的特征峰位發(fā)生相應(yīng)的移動(dòng). 碳納米管拉曼光譜特征峰對應(yīng)力或應(yīng)變環(huán)境的高靈敏度使得拉曼光譜成為研究碳納米管聚合物復(fù)合材料中碳納米管和聚合物分子間相互作用的絕佳工具. 本文在概述碳納米管拉曼光譜的基礎(chǔ)上, 著重評述了拉曼光譜在碳納米管聚合物復(fù)合材料研究中的最新進(jìn)展.

1 碳納米管的拉曼光譜

自碳納米管發(fā)現(xiàn)以來, 其獨(dú)特的一維納米結(jié)構(gòu)特性和優(yōu)異的力、電、熱等多種功能特性, 引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注[10]. 在過去十多年中, 科學(xué)家對碳納米管的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)進(jìn)行了充分全面的研

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