纳米碳纤维的研究和应用可以从多个方面入手,以下是一些关键方面的归纳和详细解释:
一、制备方面
原料选择与预处理:
正确选择和预处理碳原料是制备纳米级碳纤维的首要任务。常用的原料包括聚丙烯腈(PAN)、尿素醛树脂、大豆蛋白等。原料的结晶度和质量对纳米碳纤维的制备具有重要影响。
制备方法:
气相沉积法:通过高驱动力条件使碳原料形成纳米级颗粒,并在适当的温度和压力下转变成纳米级碳纤维。
电化学方法:通过电化学反应在电极上制备碳纤维,这种方法可以实现的控制,制备出更细的纳米级碳纤维。
化学气相沉积法(CVD):利用化学反应在金属或陶瓷基板表面上生长碳纳米管,并将其转化为碳纳米纤维。该方法具有高产率、成本低等优点。
电弧放电法:在高温惰性气体环境中,利用电弧放电的方式生成石墨烯,再在石墨烯表面上生长碳纳米管或碳纳米纤维。
化学物质还原法:利用还原剂将金属离子还原生成金属颗粒,再在金属表面上生长碳纳米管或碳纳米纤维。
热解法:利用预制的高分子材料在高温下热解生成碳纳米纤维。
后处理:
使用化学剂或物理方法对纳米级碳纤维进行表面限制和功能修饰,包括热处理、氧化还原反应、离子注入、表面修饰等。
二、应用方面
生物医学领域:
作为传递的被动躯体,用于将粘附在其表面并传递到需要的部位。
在组织细胞培养中作为理想支架材料。
航空航天领域:
用于制造航天器外壳、发动机部件、飞机翼等,提高飞行器的强度、刚度和稳定性,同时减轻重量,提高燃油效率。
汽车工业:
制造汽车零部件、车身、车轮等,提高汽车的强度和刚度,减少重量,提高燃油效率。
电子领域:
制造电子产品外壳、电路板、电池等,提高产品的强度和刚度,减轻重量,提高性能。
其他领域:
制造体育器材如高尔夫球杆、自行车车架等。
医疗器械和康复器械的制造。
环保设备的制造。
三、行业发展和市场趋势
政策推动:
我国出台了多项推动碳纤维行业发展相关政策,鼓励加快发展碳纤维及其复合材料。
市场需求:
在风电、光伏等新能源产业的快速发展带动下,碳纤维市场需求快速增长。
技术创新:
碳纤维制造难度大,工艺流程复杂,但经过多年经验积累及技术创新,国内已掌握湿法纺丝和干喷湿法两种主要生产方法。
企业情况:
国内碳纤维行业企业如中光威复材、中简科技和宝武碳业等,在资产总额、营业收入和毛利率等方面均呈现出良好的增长态势。
综上所述,纳米碳纤维的研究和应用可以从制备技术、应用领域和行业趋势等多个方面入手,通过技术创新和政策支持,推动碳纤维行业的持续健康发展。