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研究碳纳米管纳米复合材料
研究碳纳米管纳米复合材料
研究碳纳米管纳米复合材料
的发展趋势。
碳纳米管;复合材料;结构;性能
自从91年日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男和多壁碳纳米管。
碳纳米管具有极高的比表面积、力学性能、卓越的热性能与电性能。
碳纳米管的这些特性使其在复合材料领域成为理想的填料。
聚合物容易加工并可制造成结构复杂的构件，采用传统的加工方法即可将聚合物碳纳米管复合材料加工及制造成结构复杂的构件，并且在加工过程中不会破坏碳纳米管的结构，从而降低生产成本。
因此，聚合物碳纳米管复合材料被广泛地研究。
根据不同的应用目的，聚合物碳纳米管复合材料可相应地分为结构复合材料和功能复合材料两大类。
近几年，人们已经制备了各种各样的聚合物碳纳米管复合材料，并对所制备的复合材料的力学性能、电性能、热性能、光性能等其它各种性能进行了广泛地研究，对这些研究结果分析表明：
聚合物碳纳米管复合材料的性能取决于多种因素，如碳纳米管的类型，形态和结构等。
文章主要对聚合物碳纳米管复合材料的研究现状进行综述，并对其所面临的挑战进行讨论。
1聚合物碳纳米管复合材料的制备
聚合物碳纳米管复合材料的制备方法主要有三种：
液相共混、固相共融和原位聚合方法，其中以共混法较为普遍。
1.1溶液共混复合法
溶液法是利用机械搅拌、磁力搅拌或高能超声将团聚的碳纳米管剥离开来，均匀分散在聚合物溶液中，再将多余的溶剂除去后即可获得聚合物碳纳米管复合材料。
这种方法的优点是操作简单、方便快捷，主要用来制备膜材料。
Xuetal和Lauetal.采用这种方法制备了CNT环氧树脂复合材料，并报道了复合材料的性能。
除了环氧树脂，其它聚合物也可采用这种方法制备复合材料。
1.2熔融共混复合法
熔融共混法是通过转子施加的剪切力将碳纳米管分散在聚合物熔体中。
这种方法尤其适用于制备热塑性聚合物碳纳米管复合材料。
该方法的优点主要是可以避免溶剂或表面活性剂对复合材料的污染，复合物没有发现断裂和破损，但仅适用于耐高温、不易分解的聚合物中。
Jinetal.采用这种方法制备了PMMAMWNT复合材料，并研究其性能。
结果表明碳纳米管均匀分散在聚合物基体中，没有明显的损坏。
复合材料的储能模量显著提高。
1.3原位复合法
将碳纳米管分散在聚合物单体，加入引发剂，引发单体原位聚合生成高分子，得到聚合物碳纳米管复合材料。
这种方法被认为是提高碳纳米管分散及加强其与聚合物基体相互作用的最行之有效的方法。
Jiaetal.采用原位聚合法制备了PMMASWNT复合材料。
结果表明碳纳米管与聚合物基体间存在强烈代写论文的黏结作用。
这主要是因为AIBN在引发过程中打开碳纳米管的键使之参与到PMMA的聚合反应中。
采用经表面修饰的碳纳米管制备PMMA碳纳米管复合材料，不但可以提高碳纳米管在聚合物基体中的分散比例，复合材料的机械力学性能也可得到巨大的提高。
2聚合物碳纳米管复合材料的研究现状
1聚合物碳纳米管结构复合材料
碳纳米管因其超乎寻常的强度和刚度而被认为是制备新一代高性能结构复合材料的理想填料。
近几年，科研人员针对聚合物碳纳米管复合材料的机械力学性能展开了多方面的研究，其中，最令人印象深刻的是随着碳纳米管的加入，复合材料的弹性模量、抗张强度及断裂韧性的提高。
提高聚合物机械性能的主要问题是它们在聚合物基体内必须有良好的分散和分布，并增加它们与聚合物链的相互作用。
通过优化加工条件和碳纳米管的表面化学性质，少许的添加量已经能够使性能获得显著的提升。
预计在定向结构中的效率最高，足以让其轴向性能发挥到极致。
在连续纤维中的添加量，单壁碳纳米管已经达到60%以上，而且测定出的韧度相当突出。
另外，只添加了少量多壁或单壁纳米管的工程纤维，其强度呈现出了较大的提升。
普通纤维的直径仅有几微米，因此只能用纳米尺度的添加剂来对其进行增强。
孙艳妮等将碳纳米管羧化处理后再与高密度聚乙烯复合，采用熔融共混法制备了碳纳米管高密度聚乙烯复合材料，并对其力学性能进行了研究。
结果表明：
碳纳米管的加入，提高了复合材料的屈服强度和拉伸模量，但同时却降低了材料的断裂强度和断裂伸长率。
Liu等采用熔融混合法制得了MWNTPA6复合材料，结果表明，CNTs在PA6基体中得到了非常均匀的分散，且CNTs和聚合物基体间有非常强的界面粘接作用，加入2t%的MWNTs时，PA6的弹性模量和屈服强度分别提高了214%和162%。
总之，碳纳米管对复合材料的机械性能的影响，在很大程度上取决于其质量分数、分散状况以及碳纳米管与基质之间的相互作用。
其他因素，比如碳纳米管在复合材料中的取向，纤维在片层中的取向，以及官能团对碳纳米管表面改性的不均匀性，也可能有助于改善复合材料的最终机械性能。
2聚合物碳纳米管功能复合材料
1导电复合材料
聚合物碳纳米管导电复合材料是静电喷涂、静电消除、磁盘制造及洁净空间等领域的理想材料。
GE公司用碳纳米管制备导电复合材料，碳纳米管质量分数为10%的各种工程塑料如聚碳酸酯、聚酰胺和聚苯醚等的导电率均比用炭黑和金属纤维作填料时高，这种导电复合材料既有抗冲击的韧性，又方便操作，在汽车车体上得到广泛应用。
LNP公司成功制备了静电消散材料，即在PEEK和PEI中添加碳纳米管，用以生产晶片盒和磁盘驱动元件。
它的离子污染比碳纤维材料要低65%～90%。
日本三菱化学公司也成功地用直接分散法生产出了含少量碳纳米管的PC复合材料，其表面极光洁，物理性能优异，是理想的抗静电材料。
另外，聚合物碳纳米管导电复合材料的电阻可以随外力的变化而实现通-断动作，可用于压力传感器以及触摸控制开关;利用该材料的电阻对各种化学气体的性质和浓度的敏感性，可制成各种气敏探测器，对各种气体及其混合物进行分类，或定量化检测和监控;利用该材料的正温度效应，即当温度升至结晶聚合物熔点附近时，电阻迅速增大几个数量级，而当温度降回室温后，电阻值又回复至初始值，可应用于电路中自动调节输出功率，实现温度自控开关。
2导热复合材料
许多研究工作证明，碳纳米管是迄今为止人们所知的最好的导热材料。
科学工作者预测，单壁碳纳米管在室温下的导热系数可高达6600WmK，而经分离后的多壁碳纳米管在室温下的导热系数是3000～6600WmK。
由此可以想象，碳纳米管可显著提高复合材料的导热系数及在高温下的热稳定性。
Wu等制备了多壁碳纳米管高密度聚乙烯复合材料，并对其热性能进行了深入的研究，实验结果表明：
导热系数随着MWNTs含量的增加而升高。
当MWNTs的质量分数达到38h，混合材料的导热系数比纯HDPE的高三倍多。
徐化明等采用原位聚合法制备的阵列碳纳米管聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料，在氮气和空气气氛下，复合材料的热分解温度比基体材料分别提高了约100和60℃。
在导热性能上，阵列碳纳米管的加人使得复合材料的导热系数达到
3.0WmK，比纯PMMA提高了将近13倍。
3其它功能复合材料
在碳纳米管聚合物功能复合材料方面最近有南昌大学纳米技术工程研究中心研制的一种多壁碳纳米管环氧树脂吸波隐身复合材料。
通过对多壁碳纳米管进行高温NaOH处理，使碳管在其表面产生较多的孔洞，提高碳纳米管的表面活性;制备的吸波隐身复合材料具有良好的雷达吸波效果和可控吸收频段，这种吸波复合材料的体积电阻率在106~107m数量级，具有优良的抗静电能力，这对于调整雷达吸波材料的吸波频段和拓宽吸波频宽有着重要意义。
美国克莱姆森大学Rajoriat用多壁碳纳米管对环氧树脂的阻尼性能进行了研究，发现碳纳米管树脂基复合材料比纯环氧树脂的阻尼比增加了大约140%。
3制备碳纳米管聚合物复合材料中存在的问题
3.1碳纳米管在基体中的分散问题
碳纳米管的长径比大，表面能高，容易发生团聚，使它在聚合物中难以均匀分散。
如何让碳纳米管在聚合物基体中实现均匀分散是当前需要解决的首要难题。
经表面改性的碳纳米管可均匀分散在聚合物基体中，可以利用化学试剂或高能量放电、紫外线照射等方法处理碳纳米管，引入某些特定的官能团。
LiuJ等首先采用体积比为3∶1的浓硫酸和浓硝酸对単壁碳纳米管进行氧化处理，得到了端部含羧基的碳纳米管，提高其在多种溶剂中的分散性。
ChenQD将碳纳米管用等离子射线处理后引入了多糖链。
还可运用机械应力激活碳纳米管表面进行改性，通过粉碎、摩擦、超声等手段实现。
3.2碳纳米管的取向问题
碳纳米管在聚合物中的取向应符合材料受力的要求，研究表明，通过一定的加工例如机械共混剪切可以改善碳纳米管在聚合物中的取向，从而进一步改善复合材料的性能。
JinL将多壁碳纳米管溶解于一种热塑性聚合物溶液中，蒸发干燥制备出碳纳米管呈无序分散状态的薄膜，然后在其软化温度之上加热并用恒定负荷进行机械拉伸，使其在负荷下冷却至室温，发现通过机械拉伸复合物可以实现碳纳米管在复合物中的定向排列。
3.3复合材料成型问题
当前碳纳米管聚合物复合材料的成型一般采取模压、溶液浇铸等手段，模压操作简单、易于工业化，但在降温过程中，样品由于内外温差较大会发生表面开裂等问题;溶液浇铸形成的样品不受外界应力等因素的影响，但除去溶剂过程较长，碳纳米管易发生团聚。
此外，聚合物进行增强改性所用的填料由原来微米级的玻璃纤维、有机纤维等发展到如今的碳纳米管，填料尺寸上的变化使复合物材料原有的加工技术和表征手段都面临着新的挑战，需要在今后大力发展原子水平的新型加工技术和表征手段，以适应碳纳米管聚合物复合材料发展的需要。
4结语
碳纳米管以其独特的性能正在越来越多领域得到应用，随着科学技术的进步当前碳纳米管复合材料制备过程中存在的各种问题会逐渐得到解决，总有一天纳米技术会真正走到人们的现实生活当来，给人们的生活带来翻天覆地的改变。
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以下是由为大家整理的探究我国发展低碳经济的法治化，希望对你有帮助，如果你喜欢，请继续关注。
低碳经济的核心是节能减排，在全球都应对气候变化和能源短缺的双重压力下，低碳经济作为一种新的经济发展模式提出，必然会成为许多国家的选择。
我国近几年也在大力倡导发展低碳经济并且还制定许多相关的法律法规，但我国在低碳经济法治化过程中，更多表现的是一种政策性倡导。
文章通过分析我国发展低碳经济法律实践状况，对构建我国低碳经济法治化体系提出一些对策建议。
低碳经济法治化
一、低碳经济的基本认识
低碳经济理论概述
低碳经济这一词最早出现在英国政府发布的能源白皮书《我们能源的未来：
创建低碳经济》，提出通过更少的自然能源消耗和更少的环境污染，获得更多的经济产出。
虽然白皮书中未明确低碳经济这一词的概念，但随后英国环境学者鲁宾斯德对低碳经济的阐述得到广泛认可，他认为低碳经济作为一种正在兴起的经济模式，核心是在市场机制基础上，通过制度框架和政策措施的制定和创新，推动节约能源技术、提高能效技术、可再生能源技术以及温室气体减排技术的开发与运用，促进社会经济向高效能、低能耗和低碳排放的模式转型。
从上述定义中，我们可以看出发展低碳经济取决于以下两点：
一是制度保障，二是技术创新。
而制度保障更多的依赖于法律保障。
我们知道法对人类社会未来社会生活的发展及人的行为所产生着一定的影响，低碳经济作为在市场经济体制下一种新的经济发展模式，也是人类走向生态文明的必经之路，法在其中发挥着举足轻重的作用。
德国法学家、新黑格尔主义法学派首创人柯勒指出：
法在人类文明的进化中具有重大作用，一方面维护已有的文明价值，另一方面促进新文明价值的出现。
所以低碳经济法治化是制度建设的必要内容，低碳经济法治化要求低碳经济这一词应具备法学意义上的内容，换句话说，我们应该对低碳经济进行法律定位，这对于低碳经济的法律规范制定和法律理论构建具有重大意义。
我国国内法学学者主要是从以下三个方面进行界定：
一是分析低碳经济对部门法的影响。
如张磊博士认为，应适当引入严格责任原则的同时考虑增设环境犯罪的附加刑，用环境刑法推动低碳经济的发展。
其二是从立法这一宏观层面论述我国发展低碳经济的法律保障问题。
如郑玲丽博士认为，当务之急是建立中国的碳交易法律体系。
庄汉博士认为，国家应通过强化有关低碳经济的立法和执法，优化环境管制方式，制定合理的碳排放标准等手段推进低碳社会的构建。
其三是从国际法角度分析我国如何应对附随低碳经济而来的可能法律问题，如碳排放权交易，碳税等。
对低碳经济进行法律定位时，我们要承认其本质是一种新的经济发展模式或说经济发展形态，就像市场经济、计划经济作一样为发展经济的路径。
那么作为一种经济发展模式，必然产生一定社会关系，而法律就是调整主体间的权利义务关系，进而调整一定的社会关系。
我国发展低碳经济的必要性
目前，许多发展中国家正处于走向工业化和现代化的道路上，而我国正是这条道路上的领跑者，并且做着最后冲刺的准备。
从发达国家走过的此种道路看，工业化和现代化是一个国家的社会财富积累最快的阶段，也是人民生活水平提高得最快的阶段，与此同时也是能源消耗最多的一个阶段。
此种以能源消耗的发展模式一度成为我国经济高速发展的大功臣，然而全球都在面临着如何解决日益严重的人口、资源、环境与工业化迅速加快和经济增长的矛盾。
中国也不例外。
虽然以能源消耗的发展模式是发达国家曾经经历过的并以此实现工业化，发展中国家只是作为后起之秀，然而发达国家却开始营造气候变化过快影响人类生存的氛围，试图让发展中国家和自己一道为了气候低碳减排，显然这对许多发展中国家而言是不公平的。
众所周知，此种发展模式是以能源的消耗来换取经济的增长，由于大多数能源的不可再生性，这对于一国要长期保持经济的增长以及提高人民生活水平并不是一个长久之计，转变经济发展方式也就成为我国日后发展中的重中之重。
而走出一条低投入、高技术、科技含量高、环境污染小的低碳经济的发展之路需要大量的资金和先进的技术支持，这对于我国目前来说也是一个难题。
虽说是难题，但在世界环境保护的大环境中，中国为了自身的国际形象和国际影响力不可能背着世界的潮流发展，在不过分降低自己经济发展速度的同时注意对环境的保护，低碳经济正是为适应这个要求产生的，所以低碳经济是中国的必然选择，中国必须尽快在低碳经济的发展中建立自己的制度机制，找到自己发展的优势，尽快实现工业化和城市化。
二、我国发展低碳经济立法状况
我国关于发展低碳经济的相关法律规范主要有《环境保护法》、《大气污染防治法》、《矿产资源法》、《煤炭法》、《电力法》、《环境影响评价法》、《清洁生产促进法》、《节约能源法》、《可再生能源法》、《循环经济促进法》等多部法律。
除以上全国人大常委会的立法外，国务院还制定了一系列的相关行政法规，国务院的部门还制定了一些有关的部门规章。
有些地方的地方人大和地方人大常委会还制定了一系列的地方性法规。
上述法律规范对于对于提高资源效率、节能减排、可再生能源的利用和控制温室气体的排放等方面起到保障作用，这也表明了我国在保护环境方面的决心。
但同时，我们也应该看到我国关于低碳经济的立法还存在许多问题和不足。
首先，没有一部明确规定低碳经济发展的法律，低碳经济的发展都是根据其他法律规范来操作，使得不同法律在某些关于低碳经济的规定有一些重合和冲突，同时在石油、天然气、原子能等主要能源领域法律仍然空白。
其次，上述的大多数法律过于原则化，可操作性不强。
我国环境方面的一些法律素来以软法著称，很多的条文典型地体现着我国环境立法中易粗不易细的传统，缺乏实际的可操作性。
三、关于发展低碳经济的法治化思考
低碳经济法治化的必要性
何谓低碳经济法治化?
我们知道在任何一种经济体制下，要使经济生活正常化，就需要一定的经济秩序来保障。
而经济秩序又是通过实行法治来形成和维持的。
发展低碳经济，只有在统一的社会规范和协调的法律体系下，才能把能源节约、环境保护同经济发展和社会进步有机结合起来，既保证能源和环境对经济发展的支持，又保证经济发展对促进节能减排和环境改善的支持。
换句话说，低碳经济的发展必须是一个有序化、制度化过程，这一过程是通过一系列具体详细的法律制度来实现的。
目前，我国在发展低碳经济的过程中，受到各种因素的影响，还存在着不少的问题和困难。
除上文中，提到的资金和技术这一外在要件的缺少，更重要的是缺少内在制度和理念的支撑。
比如促进低碳经济发展的激励、约束机制不健全，难以对经济行为产生预期的作用;政府、社会组织以及公众参与低碳经济活动的责任不清晰、权利义务不明确;一些地方政府部门片面追求经济增长，从而过度消耗资源和破坏环境等等。
解决这些问题时，如果不实行法治，低碳经济参与主体的权利和自由就无法实现。
强调低碳经济法治化，首先是低碳经济参与主体自主性的需要，通过法律确认和保障低碳经济参与主体的独立性与自主性，使得参与主体是普遍的和确定的。
其次是节能减排的根本保障，发展低碳经济的一项重点任务就是要着力解决能耗高、污染严重的企业生产行为，通过依法推行节能减排的标准、加强对超标污染排放行为的法律惩治，法治手段在此显得尤其重要。
最后，强调低碳经济法治化是维护低碳经济发展秩序的需要。
在生产、流通和消费的各个环节，注重发挥政府、社会组织以及公众在发展低碳经济的积极性，通过法律调整参与主体之间的利益平衡关系，从而使得参与主体都致力于推动低碳经济的发展。
低碳经济法治化的基本要求
实现低碳经济法治化首先应确立低碳经济法律制度的理念和原则。
一项法律制度的理念和原则是该项法律制度的核心和灵魂，它指导和统筹整个法律制度。
低碳经济法律制度也应当具备一些理念和原则，具体应包括以下几个方面的内容：
兼顾环境保护和经济发展的原则。
这一原则要求法律在保障低碳经济顺利发展的同时，也要考虑到国家经济的发展利益的问题。
也就是说在不降低经济发展速度的前提下改善环境，这要求我们在制定相关法律规范要同时兼顾这两方面坚持共同但有区别的义务的原则。
这一原则是中国在应对国际气候变化谈判时所坚持的原则，它主要是指作为发展中国家，由于与发达国家在历史责任、发展阶段有着根本区别，我们应该根据实际情况，按照该项原则，在应对气候变化领域承担不同于发达国家的义务。
对于像中国这样发展中国家，解决人民温饱、发展经济依旧是我们当前最重要的任务，我们不可能忽视自身的发展去迎合发达国家提出的应当让发展中国家承担更多的减排任务的口号。
坚持公平原则。
公平原则是法律的基本原则之一，低碳经济法律制度也应有所体现，坚持公平原则主要体现在低碳经济立法中如何公平地分配二氧化碳等温室气体的减排任务，以及在碳税征收上如何实现公平。
当然公平并不意味着平均，并不是说将碳排放额度平均分配给每一个碳排放的机构以及在碳税的征收问题上进行平均缴纳，如何公平地分配碳排放额度和公平的缴纳碳税将是我们低碳经济立法过程中的一个重点。
只有做好了在碳排放和碳税方面的公平，才能更好地保护每个参与主体的竞争环境，实现经济的有秩序发展。
实现低碳经济法治化其次是应该完善具体的立法体系。
构建我国低碳经济法律体系是目前急需解决的问题，在借鉴其他发达国家在低碳经济的立法经验，低碳经济法律体系应当有国际法和国内法两部分组成。
在国际法方面，应坚持《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》的要求。
我们应加大对《框架公约》以及《议定书》的研究力度，尤其是那些可能对中国未来产生约束力的条款，将对那些条款作为我国应对低碳经济的法律，这样有助于我们国家的温室气体的减排和低碳经济的发展，特别是其在温室气体排放控制方面的规定能够为我们指明减排的方向，引导我们结合本国国情制定理性减排目标，在未来承担减排义务时能够游刃有余。
此外我们还要主动参与国际气候谈判会议，争取达成更多具有法律约束力的法律文件，争取在低碳经济发展中，中国有更多的话语权。
在国内法方面，首先应该制定一部专门规制低碳经济的法律规范，现阶段我国低碳经济发展的法律制度过于零散，并且缺少纲领性的法律文件，制定一部专门法作为统领其他相关法律的基本法显得格外迫切。
一旦有这样一部法律奠定基础，就不会出现法律条文之间的重合和冲突，关于低碳经济的法律问题也就有章可循。
其次，加强低碳经济法律的可操作性，低碳经济作为一种发展模式，其要求要有许多具体的政策和措施，而低碳经济的立法是为实现低碳经济的发展，因此关于低碳经济的法律具有可操作性显得格外重要。
一些过于空洞化和原则化的法律规定反而会使得低碳经济法律制度存在许多空白和漏洞。
最后，完善配套法规，特别是完善民商法、
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