摘要：碳纳米管被日本电镜专家发现以来，其优异的性质引起了全世界众多科学家的广泛关注。由于碳纳米管在众多领域有潜在的巨大的运用价值，人们便对其各方面的性能进行了大量的探讨，得到了很多优异成果。碳纳米管的表面能很高，在碳纳米管增强镁的复合历程中，与金属镁的润湿性不好，有很强的团聚趋向以致很容易形成弱相，而弱相是引发材料裂纹、孔隙缺陷的主要理由，所以团聚会大大降低复合材料的物理和力学性能。由此，改善碳纳米管表面结构、增强碳纳米管与基体的湿润性和碳纳米管如何在基体中均匀分散成为人们的主要探讨课题。实验所用碳纳米管是本课题组用阳极弧等离子体蒸发石墨法制备的，自行研制的实验装置可生产出网状、片状和棒状三种碳纳米管产物。本探讨采取浓H2SO4和浓HNO3混合酸对产物进行纯化，使其表面镶嵌上对镀镍非常有利的官能团：羰基(C=O)、羟基(-OH)、羧基(-COOH)等，用敏化液和活化液对其进行敏化和活化，通过化学镀法对碳纳米管表面进行镀镍处理后，使碳纳米管表面包覆一层大约20nm厚的镍层，以而改善了碳纳米管表面结构和性能，增强了碳纳米管与镁基体的相容性，使增强相和基体间结合紧密，即碳纳米管包覆层与镁基体之发生反应，生成了界面相Mg2Ni。对镍覆碳纳米管热处理后作TEM、EDS、SAED、XRD浅析，发现热处理后的镀层中不同物质的不同晶面的晶面间距发生变化，以晶面间距的变化百分数可以看到，以面心立方结构有着的Ni的晶格膨胀量最大，其对应的(111)面的晶格膨胀量高达1.49％；以Ni(bct)和Ni(Hexagonal)的(112)面膨胀的百分比可以看出，Ni (bct)在此面法线方向的膨胀量比Ni(Hexagonal)大10倍左右。采取全液态搅拌铸造法制备镀镍碳纳米管镁基复合材料。通过万能试验机测试样品的力学性能，当碳纳米管的加入量为1.1vol%时，其抗拉强度达到最大值，对复合材料的延伸率来看，当碳纳米管的加入量为1.1vol%时，延伸率也达到最大值，由此，当CNTs的体积分数为1.1vol%时，复合材料的综合力学性能最好。以碳纳米管/镁基复合材料的光学显微组织照片可以看出，随着碳纳米管加入量的增加，基体晶粒逐渐细化，可以证明碳纳米管能起到细化基体晶粒的作用。当碳纳米管含量增大到1.6vol%时，图中出现了大黑斑，这是碳纳米管的团聚所致；以碳纳米管/镁基复合材料XRD图中有Mg、C、Mg2Ni峰，这就说明碳纳米管表面的镍层与镁基体之间发生了界面反应，由于碳纳米管的含量较少，同时镍的含量也是很少，由于镍与镁之间反应生成物在复合材料中占的比重较少，导致Mg2Ni、C峰强度都很弱。本论文采取搅拌铸造法制备出CNTs/Ni/Mg、Mg/Ni/CNTs/TiO2等镁基碳纳米管复合材料，探讨制备碳纳米管/镁基复合材料的工艺历程和最佳工艺参数。可见Ni含量为20wt%时吸放氢性能最佳，当加入2.0wt%的纳米TiO2时得到了最大的储氢量6.94wt%，而且储放氢温度也有较大程度的降低，氧化物金属TiO2与Mg材料球磨混合后，使氢分子化学解离能顺利进行，提供了新的氢原子扩散通道，在吸放氢反应中起到了催化作用，较好的改善了材料的动力学性能。纳米TiO2使得复合材料的吸放氢速度加速、氢化生成焓显著降低，体现出良好的循环稳定性。大大提升了材料的利用寿命，降低了实验成本。当CNTs的体积分数为1.1vol%时，复合材料的综合力学性能最好，在复合材料镀镍碳管分布最均匀，碳纳米管可以分布在复合材料的晶界处和晶粒内部，通过异质形核和阻碍晶粒长大，细化晶粒。本论文通过剪切滞后模型对碳纳米管/镁基复合材料的强化机制分别做了应力转移、位错和残余热应力几个方面的浅析。通过有限元论述，利用ANSYS软件建立了碳纳米管增强镁基复合材料的有限元模型。对有限元模型进行了在多种载荷条件下的力学浅析，探讨了碳纳米管增强镁基复合材料的应力应变场。关键词：碳纳米管论文表面改性论文微观机理论文储氢材料论文
摘要7-9
Abstract9-11
第1章 绪论11-19
1.1 镁基复合材料的探讨近况11-13
1.2 碳纳米管包覆的探讨近况13-14
1.3 碳纳米管/镁基复合材料的探讨近况14-17
1.4 碳纳米管/镁基复合材料有着的不足17-18
1.5 本论文的探讨内容及革新点18-19
第2章 碳纳米管表面修饰与表征19-30
2.1 碳纳米管化学镀镍的工艺流程19
2.2 实验材料和测试表征设备19-20
2.2.1 实验用主要原料19-20
2.2.2 实验用主要设备20
2.3 碳纳米管化学镀镍20-23
2.3.1 优质碳纳米管的制备20-21
2.3.2 碳纳米管镀镍的预处理21-22
2.3.3 碳纳米管的镀覆22-23
2.4 镀镍碳纳米管的表征与讨论23-29
2.5 本章小结29-30
第3章 镀镍碳纳米管/镁基复合材料的性能与微观机理的探讨30-49
3.1 镀镍碳纳米管/镁基复合材料的制备30-31
3.1.1 实验原材料和表征设备30
3.1.2 镀镍碳纳米管/镁基复合材料的制备30-31
3.2 镀镍碳纳米管/镁基复合材料的测试与表征31-35
3.3 镀镍碳纳米管/镁基复合材料的增强机理浅析35-42
3.3.1 应力传递论述浅析36-38
3.3.2 位错与热残余应力论述浅析38-42
3.4 碳纳米管增强纯镁复合材料 ansys 浅析42-47
3.4.1 实验基础42-43
3.4.2 有限元模型的建立43-44
3.4.3 模拟结果与讨论44-47
3.5 本章小结47-49
第4章 镀镍碳纳米管/镁基复合材料储氢性能探讨49-56
4.1 实验49
4.1.1 实验仪器与设备49
4.1.2 试验原料、工艺条件及工艺流程49
4.2 Mg-Ni-CNTs 复合材料的储氢性能浅析49-52
4.3 Mg-Ni-CNTs-TiO2复合材料的储氢性能浅析52-55
4.4 本章小结55-56
结论56-57
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