カーボンナノチューブとカーボン60ナノ結晶の複合化による新しい力学特性の発現

通过结合碳纳米管和碳60纳米晶体开发新的机械性能

基本信息

批准号：
07213205
负责人：
石田洋一
金额：
$ 0.58万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1995
资助国家：
日本
起止时间：
1995 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究はカーボンナノチューブの力学的性質に関し詳細な検討を行うとともに、これを強化繊維材料としてカーボン60ナノ結晶体の複合することによってそれぞれの持つ力学的性質を巨視的な材料特性として発現させることを目的とした。カーボンナノチューブは一種のひげ結晶と見なすことができるが、極度の加工を施すと座屈を伴う特異な様式の塑性変形を起こすことが明らかとなった。変形部の構造解析を行った結果、ナノチューブの変形は曲げによる弾性的な変形とそれに続くsp^2からsp^3への結合状態変化によってもたらされた塑性変形であると考えられた。電子顕微鏡観察によって得られた組織学的知見は、これまで計算で予測されていたナノチューブの力学特性を覆し、ナノチューブは座屈を伴う特異な様式の塑性変形能を備えた新世代の繊維材料となりうることを示した。ナノチューブは決して脆い物質ではないことが明らかであるので、これを強化繊維として用いると、カーボン60結晶の変形能を生かし、脆弱さを補う材料づくりができると考えられる。硬くて脆いという従来の炭素材料の常識を破り、塑性変形能を備えた新しい炭素系複合材料の創製が期待された。本研究では引抜き加工によってナノチューブ/カーボン60ナノ結晶複合体を作製した。引抜き加工によっても破断したナノチューブの組織は観察されず、ナノチューブが長軸方向に良く配向した組織が得られた。熱処理を施した複合体ではマトリックスであるカーボン60ナノ結晶集合体の組織変化をもたらし、カーボン60結晶とグラファイト的な構造とが混在した組織となっていた。熱処理を施した複合体は約20MPaの破断強度と10%程度の歪みを記録し、塑性変形能を備えた新しい炭素材料を製造できる可能性を見出した。

在本研究中，我们将对碳纳米管的力学性能进行详细研究，并旨在通过将其与碳60纳米晶体相结合作为增强纤维材料，将每种材料的力学性能表达为宏观材料性能。碳纳米管可以被视为一种晶须晶体，但研究表明，当受到极端加工时，它们会发生一种独特的塑性变形，并伴有屈曲。对变形部分的结构分析结果表明，纳米管的变形是由弯曲引起的弹性变形带来的塑性变形，随后键态从sp^2变为sp^3。通过电子显微镜获得的组织学发现颠覆了之前通过计算预测的纳米管的机械性能，纳米管已成为新一代纤维材料，具有独特的伴随着屈曲的塑性变形能力。。显然，纳米管不是脆性物质，因此如果将其用作增强纤维，则可以利用碳60晶体的可变形性来制造补偿其脆性的材料。打破碳材料硬而脆的传统观念，希望能够创造出一种具有塑性变形能力的新型碳基复合材料。本研究通过拉丝工艺制备了纳米管/碳60纳米晶复合材料。即使在拉伸过程中，也没有观察到断裂的纳米管结构，并且获得了纳米管在纵向上良好取向的结构。在热处理的复合材料中，作为基体的碳60纳米晶体聚集体的结构发生变化，产生碳60晶体和类石墨结构的混合物的结构。热处理后的复合材料的断裂强度约为20 MPa，应变约为10%，表明有可能生产出具有塑性变形能力的新型碳材料。