一、概述
碳納米管是一種新型的自組裝納米材料，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和眾多奇特物理力學(xué)性能，自九十年代初一經(jīng)發(fā)現(xiàn)即受到物理、化學(xué)、材料學(xué)界以及許多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門的極大重視。特別是單根碳納米管的超強(qiáng)力學(xué)性能為研制超強(qiáng)復(fù)合材料創(chuàng)造了條件，但要制備出超強(qiáng)復(fù)合材料還需解決碳納米管的批量生產(chǎn)和碳納米管與基本材料高強(qiáng)度結(jié)合等一系列關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)問題。
微米級(jí)尺寸的碳纖維復(fù)合材料具有強(qiáng)度高質(zhì)量輕的特性，早已形成了產(chǎn)業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。微米尺寸碳化硅復(fù)合材料也已得到廣泛應(yīng)用。碳纖維及碳化硅晶須研究過程中理論上早已預(yù)知要進(jìn)一步在強(qiáng)度上突破，必須進(jìn)一步減少尺寸提高縱橫比。這是由于小的晶須的缺陷遠(yuǎn)比宏觀單晶小，從而能有較高強(qiáng)度。碳納米管由于其管徑為納米級(jí)，比微米級(jí)碳纖維小三個(gè)數(shù)量級(jí)，長徑比>103，且六邊形結(jié)構(gòu)完美、質(zhì)量輕。在理論上已得出其楊氏模量可達(dá)5tpa(1tpa=1012pa)，而試驗(yàn)測量單根多層碳納米管楊氏模量平均為1.8tpa；碳納米管的抗拉強(qiáng)度為200gpa，是鋼的100倍、碳纖維的近20倍，且其重量僅為碳纖維的一半。此外實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)其彎曲強(qiáng)度達(dá)14.2gpa，碳納米管所存應(yīng)變能達(dá)100kev，在碳納米管破壞時(shí)應(yīng)變高達(dá)20%。顯示出優(yōu)良的韌性。因此碳納米管被認(rèn)為"應(yīng)是曾經(jīng)制造出的最強(qiáng)的纖維，在強(qiáng)度／重量比方面是具有最高強(qiáng)度的纖維"