專(zhuān)利名稱(chēng)：納米復(fù)合材料和生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及納米材料基納米復(fù)合材料及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
可將碳納米管想象為卷成無(wú)縫管并連接的六邊形方格紙片。方格紙的每條邊代表碳-碳鍵，每個(gè)交點(diǎn)代表碳原子。
碳納米管通常為周邊一般僅有幾個(gè)原子的延伸的管體。碳納米管為空心的并具有直鏈的富勒烯結(jié)構(gòu)。碳納米管的長(zhǎng)度有可能達(dá)到其分子尺寸直徑的幾百萬(wàn)倍。單壁碳納米管(SWNTs)以及多壁碳納米管(MWNTs)都已得到認(rèn)可。
目前，碳納米管(CNTs)已被廣泛提出用于許多應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兙哂蟹浅＠硐牒酮?dú)特的涉及例如強(qiáng)度和重量的物理性能的組合。碳納米管還顯示出導(dǎo)電性(見(jiàn)Yakobson，B.I.等人的AmericanScientist，85，(1997)，324-337；和Dresselhaus，M.S.等人的Scienceof Fullerenes and Carbon Nanotubes，1996，San DiegoAcademicPress，902-905頁(yè))。例如，碳納米管比銅或金的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性好，且抗拉強(qiáng)度為鋼的100倍，而重量?jī)H為鋼的1/6。碳納米管可制成非常小的尺寸。例如，碳納米管可制成近似DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的尺寸(或近似為人的頭發(fā)直徑的1/50000)。
考慮到碳納米管的優(yōu)異性能，它們非常適合于各種用途，例如建造計(jì)算機(jī)電路、增強(qiáng)復(fù)合材料，甚至是藥物的釋放。另外，碳納米管可用于往往要求導(dǎo)熱率高、尺寸小和重量輕的微電子器件領(lǐng)域。已認(rèn)可的碳納米管的一個(gè)應(yīng)用是它們?cè)诓捎秒娮訄?chǎng)發(fā)射技術(shù)的平板顯示中的用途(因?yàn)樘技{米管可以是良好的導(dǎo)體和電子發(fā)射體)。已認(rèn)可的其他應(yīng)用包括電磁屏蔽，例如用于移動(dòng)電話(huà)和膝上型計(jì)算機(jī)的電磁屏蔽、隱形飛機(jī)的雷達(dá)吸收、納米電子學(xué)(包括新一代計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器)，以及用作高強(qiáng)度輕型多功能復(fù)合材料。
然而，在復(fù)合材料中使用碳納米管的嘗試產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想的結(jié)果，這是因?yàn)榧{米管的分散差且在主體(host)材料內(nèi)附聚。Pristine SWNTs通常不溶于普通的溶劑和聚合物中，且在沒(méi)有改變納米管的所需固有性能情況下難以化學(xué)官能化。例如，其中成功地采用較大量添加劑，例如玻璃纖維、碳纖維、金屬顆粒等物理混合到聚合物中的物理混合之類(lèi)的技術(shù)，不能實(shí)現(xiàn)CNTs的良好分散。以前使用兩種普通的方法在主體聚合物內(nèi)分散SWNTs1)通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間超聲化(最多48小時(shí)，M.J.Biercuk等人的Appl.Phys.Lett.80，2767(2002))，將SWNTs分散在聚合物溶液內(nèi)，和2)在SWNTs存在下就地聚合。
然而，方法1)的長(zhǎng)時(shí)間超聲化會(huì)破壞或切割SWNTs，這對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)是非所需的。方法2)的效率由納米管在溶液內(nèi)的分散度來(lái)決定，而分散度非常差且高度依賴(lài)于特定的聚合物。例如，與聚苯乙烯(Barraza，H.J.等人的Nano Ltrs，2，797(2002))相比，聚酰亞胺效果較好(Park等人的Chem.Phys.Lett.，364，303(2002))。
盡管CNT具有特別好的物理性能，但將它們摻入到其它材料受到碳的表面化學(xué)制約。諸如相分離、聚集、在基質(zhì)內(nèi)分散差和對(duì)主體的粘合性差之類(lèi)的問(wèn)題必需克服。
Chen，J.等人(J.Am.Chem.Soc.，124，9034(2002))公開(kāi)了一種非共價(jià)官能化和增溶碳納米管的方法，該方法導(dǎo)致優(yōu)良的納米管分散。在劇烈搖動(dòng)和/或短時(shí)間的浴超聲下，SWNTs與聚(亞苯基亞乙炔基)(PPE)一起溶解于氯仿中，正如Chen，J.等人(ibid)和2004年2月19日公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US 2004/0034177(2002年9月24日提交的USSN 10/255122)和2002年12月13日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)USSN10/318730中所述。在2004年2月19日公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US2004/0034177、2002年9月24日提交的USSN 10/255122和2002年12月13日提交的USSN 10/318730中報(bào)道了制備官能化且增溶的碳納米管與主體聚合物聚碳酸酯或聚苯乙烯的復(fù)合材料以及這種復(fù)合材料的一些機(jī)械性能。
發(fā)明概述 本發(fā)明提供官能化、增溶的納米材料和主體基質(zhì)的納米復(fù)合材料，其中與含該主體基質(zhì)和除了該官能化、增溶的納米材料以外的納米材料的那些納米復(fù)合材料相比，所述納米復(fù)合材料提供增加的導(dǎo)電率和較低的電突增界限值(electrical percolationthresolds)、增加的導(dǎo)熱率和較低的熱突增界限值(thermalpercolation thresholds)，或者改進(jìn)的機(jī)械性能。低的突增界限值證明在主體基質(zhì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)納米材料的高度分散。此外，由于需要小量官能化增溶的納米材料來(lái)實(shí)現(xiàn)增加的傳導(dǎo)率或者主體基質(zhì)的改進(jìn)性能，因此沒(méi)有犧牲主體基質(zhì)的其它所需物理性能和可加工性。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是納米復(fù)合材料，它含包括聚合物基質(zhì)或非聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)和分散在該主體基質(zhì)內(nèi)的官能化、增溶的納米材料。該納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率突增界限值或?qū)崧释辉鼋缦拗档陀诤撝黧w基質(zhì)和除了該官能化、增溶的納米材料以外的納米材料的那些納米復(fù)合材料。主體基質(zhì)可以是如前面所述的有機(jī)聚合物基質(zhì)、無(wú)機(jī)聚合物基質(zhì)或者非聚合物基質(zhì)，或者其結(jié)合。
本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案是以上所述的納米復(fù)合材料，其中納米復(fù)合材料的官能化、增溶的納米材料是第一填料和該納米復(fù)合材料進(jìn)一步包括第二填料以形成復(fù)雜的(complex)納米復(fù)合材料。在這一實(shí)施方案中，第二填料包括連續(xù)纖維、不連續(xù)纖維、納米顆粒、微粒、大顆?；蚱浣Y(jié)合，和第二填料不同于官能化、增溶納米材料。
本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案是包括聚合物基質(zhì)或非聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)的納米復(fù)合材料，其中聚合物基質(zhì)不同于聚苯乙烯和聚碳酸酯以及分散在該主體基質(zhì)內(nèi)的官能化、增溶納米材料。與含該主體基質(zhì)和除了該官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有提高的機(jī)械性能。所述納米復(fù)合材料可進(jìn)一步包括第二主體聚合物基質(zhì)，其中官能化、增溶的納米材料分散在第一和第二主體聚合物基質(zhì)內(nèi)。此外，當(dāng)納米復(fù)合材料的官能化、增溶的納米材料是第一填料時(shí)，納米復(fù)合材料可進(jìn)一步包括第二填料以形成復(fù)雜的納米復(fù)合材料，其中第二填料不同于官能化、增溶的納米材料。
本發(fā)明進(jìn)一步的納米復(fù)合材料包括聚苯乙烯，和分散在聚苯乙烯內(nèi)的官能化、增溶的納米材料。與含該主體基質(zhì)和除了官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，這種納米復(fù)合材料具有提高的機(jī)械性能。該納米復(fù)合材料可進(jìn)一步包括第二主體聚合物基質(zhì)，其中官能化、增溶納米材料分散在第一和第二主體聚合物基質(zhì)內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，納米復(fù)合材料包括含第一聚合物基質(zhì)和第二聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)以及分散在該主體基質(zhì)材料內(nèi)的官能化、增溶納米材料，其中第一聚合物基質(zhì)是聚碳酸酯。
增加包括聚合物基質(zhì)或非聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)的導(dǎo)熱率或?qū)щ娐实姆椒ǎㄔ谥黧w基質(zhì)材料內(nèi)分散官能化、增溶的納米材料以形成納米復(fù)合材料。在這一實(shí)施方案中，納米復(fù)合材料的導(dǎo)電突增界限值或?qū)嵬辉鼋缦拗档陀诤撝黧w基質(zhì)和除了該官能化、增溶的納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。主體基質(zhì)材料可以是主體基質(zhì)或主體聚合物基質(zhì)的單體，和在這一實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括下述步驟在官能化、增溶的納米材料存在下聚合主體聚合物基質(zhì)材料。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，主體基質(zhì)是第一主體聚合物基質(zhì)，和該方法進(jìn)一步包括分散第二主體聚合物基質(zhì)材料與官能化、增溶的納米材料以及第一主體聚合物基質(zhì)材料，形成含第一主體聚合物基質(zhì)和第二主體聚合物基質(zhì)的納米復(fù)合材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，官能化、增溶的納米材料是第一填料，和分散進(jìn)一步包括在主體基質(zhì)材料內(nèi)分散第二填料，形成復(fù)雜的納米復(fù)合材料，其中第二填料包括連續(xù)纖維、不連續(xù)纖維、納米顆粒、微粒、大顆粒或其結(jié)合，和其中第二填料不同于官能化、增溶的納米材料。
本發(fā)明一個(gè)方面是改進(jìn)包括聚合物基質(zhì)或非聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)的機(jī)械性能的方法，其中主體基質(zhì)不同于聚苯乙烯或聚碳酸酯。該方法包括在主體基質(zhì)材料內(nèi)分散官能化、增溶的納米材料，形成納米復(fù)合材料，其中與含該主體基質(zhì)和除了該官能化、增溶的納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有改進(jìn)的機(jī)械性能。主體基質(zhì)材料可以是主體基質(zhì)或者包括主體基質(zhì)的單體，和該方法進(jìn)一步包括在官能化、增溶的納米材料存在下，聚合主體基質(zhì)材料的步驟。該方法可進(jìn)一步包括分散第二主體聚合物基質(zhì)材料與官能化、增溶的納米材料以及第一主體聚合物基質(zhì)材料，形成含第一主體聚合物基質(zhì)和第二主體聚合物基質(zhì)的納米復(fù)合材料。此外，當(dāng)官能化、增溶的納米材料是第一填料時(shí)，分散可進(jìn)一步包括在主體基質(zhì)材料內(nèi)分散第二填料，以形成復(fù)雜納米復(fù)合材料，其中第二填料不同于官能化、增溶的納米材料。
改進(jìn)聚苯乙烯機(jī)械性能的方法，包括在苯乙烯聚合物材料內(nèi)分散官能化、增溶的納米材料，形成納米復(fù)合材料，其中與含該聚苯乙烯和除了該官能化、增溶的納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有改進(jìn)的機(jī)械性能?？商砑拥诙黧w基質(zhì)或第二填料，以產(chǎn)生改進(jìn)聚苯乙烯機(jī)械性能的進(jìn)一步的實(shí)施方案。
本發(fā)明的一個(gè)方面是改進(jìn)主體基質(zhì)機(jī)械性能的方法，所述主體基質(zhì)包括第一聚合物基質(zhì)和第二聚合物基質(zhì)，其中第一聚合物基質(zhì)是聚碳酸酯。該方法包括在主體聚合物材料內(nèi)分散官能化、增溶的納米材料，形成納米復(fù)合材料，其中與含該主體基質(zhì)和除了該官能化、增溶的納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，所述納米復(fù)合材料具有改進(jìn)的機(jī)械性能。可添加第二填料以產(chǎn)生復(fù)雜納米復(fù)合材料。
本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案是含納米復(fù)合材料的制造制品，所述納米復(fù)合材料具有此處所述的改進(jìn)的電、熱或機(jī)械性能。此外，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案是通過(guò)上述方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
附圖簡(jiǎn)述 為了更全面地理解本發(fā)明，以下參考附圖進(jìn)行描述。


圖1A是顯示使用5wt％ SWNTs，通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施方案制備的PPE-SWNTs/聚苯乙烯納米復(fù)合材料膜的表面的掃描電子顯微圖像。
圖1B是顯示使用5wt％ SWNTs，通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施方案制備的PPE-SWNTs/聚苯乙烯納米復(fù)合材料膜的截面的掃描電子顯微圖像。
圖2A示出了對(duì)于根據(jù)本發(fā)明形成的實(shí)施方案來(lái)說(shuō)，PPE-SWNTs/聚苯乙烯納米復(fù)合材料的室溫導(dǎo)電率(單位西門(mén)子/米(S/m))(也稱(chēng)為所測(cè)量的單位體積導(dǎo)電率)對(duì)SWNT重量負(fù)載所作的圖表。虛線(xiàn)表示比EMI屏蔽、靜電上漆和靜電耗散所要求的邊界值低的近似導(dǎo)電率。在0％質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，導(dǎo)電率為約10-14S/m。
圖2B示出了PPE-SWNTs/聚苯乙烯納米復(fù)合材料的室溫傳導(dǎo)率作為SWNTs的下降質(zhì)量分?jǐn)?shù)的函數(shù)所作的圖表。突增界限值mc為0.045％。
圖3A示出了通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施方案制備的PPE-SWNTs/聚碳酸酯納米復(fù)合材料的室溫導(dǎo)電率對(duì)SWNT重量負(fù)載所作的圖表。虛線(xiàn)表示比EMI屏蔽、靜電上漆和靜電耗散所要求的邊界值低的近似導(dǎo)電率。
圖3B示出了PPE-SWNTs/聚碳酸酯納米復(fù)合材料的室溫傳導(dǎo)率作為SWNTs的下降質(zhì)量分?jǐn)?shù)的函數(shù)所作的圖表。突增界限值mc為0.110％。
圖4示出了以1wt％SWNTs負(fù)載的f-s-SWNTs/聚碳酸酯納米復(fù)合材料的破裂端處斷面的場(chǎng)致發(fā)射掃描電子顯微圖像。
圖5A和5B示出了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方案的CNT-聚合物復(fù)合材料的傳熱應(yīng)用。圖5A示出了在膝上型應(yīng)用中典型地使用的結(jié)構(gòu)，和圖5B示出了在桌面型和服務(wù)器應(yīng)用中典型地使用的結(jié)構(gòu)。向上指的大箭頭表示在每一結(jié)構(gòu)內(nèi)的主傳熱路徑。參見(jiàn)實(shí)施例2的組分說(shuō)明。
圖6A示出了通過(guò)溶液流鑄制備的純聚碳酸酯膜的拉伸應(yīng)力作為拉伸應(yīng)變函數(shù)的圖表。
圖6B示出了通過(guò)溶液流鑄制備的具有2wt％SWNTs的f-s-SWNTs/聚碳酸酯膜的拉伸應(yīng)力作為拉伸應(yīng)變函數(shù)的圖表。
發(fā)明詳述 使用官能化、增溶的單壁碳納米管(f-s-SWNTs)，制備高度分散的碳納米管/聚合物納米復(fù)合材料。這種納米復(fù)合材料證明例如具有非常低突增界限值(0.05-0.1wt％的SWNT負(fù)載)的導(dǎo)電率。在沒(méi)有犧牲主體聚合物的其它優(yōu)選物理性能和可加工性的情況下，需要非常低的f-s-SWNTs負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)各種電應(yīng)用所要求的傳導(dǎo)率水平。
納米復(fù)合材料此處所使用的術(shù)語(yǔ)“納米復(fù)合材料”是指在主體基質(zhì)內(nèi)分散的非共價(jià)官能化的增溶的納米材料。主體基質(zhì)可以是主體聚合物基質(zhì)或者主體非聚合物基質(zhì)。
主體聚合物基質(zhì)此處所使用的術(shù)語(yǔ)“主體聚合物基質(zhì)”是指納米材料在其內(nèi)分散的聚合物基質(zhì)。主體聚合物基質(zhì)可以是有機(jī)聚合物基質(zhì)或無(wú)機(jī)聚合物基質(zhì)或其結(jié)合。
主體聚合物基質(zhì)的實(shí)例包括尼龍、聚乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚異戊二烯、sbs橡膠、聚二環(huán)戊二烯、聚四氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚(苯醚)、聚硅氧烷、聚酮、芳族聚酰胺、纖維素、聚酰亞胺、人造絲、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、碳纖維、聚氨酯、聚碳酸酯、聚異丁烯、聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚(醚砜)、聚(乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚(亞芳基亞乙炔基)、聚(亞苯基亞乙炔基)、聚噻吩、熱塑性材料、熱塑性聚酯樹(shù)脂(例如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)、熱固性樹(shù)脂(例如熱塑性聚酯樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂)、聚苯胺、聚吡咯、或聚亞苯基，例如RARMAX，例如其它共軛聚合物(例如傳導(dǎo)聚合物)或其結(jié)合。
主體聚合物基質(zhì)的進(jìn)一步的實(shí)例包括熱塑性材料，例如乙烯乙烯醇，氟塑料，例如聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烴、一氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯或乙烯四氟乙烯、離聚物、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚丁烯、聚乙烯、聚乙烯氯化物、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺、聚芳基醚酮、聚碳酸酯、聚酮、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚鄰苯二甲酰胺、聚砜或聚氨酯。在一些實(shí)施方案中，主體聚合物包括熱固性材料，例如烯丙基樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛、酚醛塑料、聚酯、聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯或其結(jié)合。
無(wú)機(jī)主體聚合物的實(shí)例包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚碳硅烷(polycarbosilane)、聚鍺烷、聚錫烷、聚磷腈或其結(jié)合。
大于一種主體基質(zhì)可存在于納米復(fù)合材料內(nèi)。通過(guò)使用大于一種主體基質(zhì)，通過(guò)添加f-s-SWNTs到納米復(fù)合材料的基質(zhì)內(nèi)，從而優(yōu)化單一主體基質(zhì)納米復(fù)合材料的機(jī)械、熱、化學(xué)或電性能。實(shí)施例4特別地提供這樣一個(gè)實(shí)施方案的實(shí)例，其中在本發(fā)明的納米復(fù)合材料內(nèi)聚碳酸酯和環(huán)氧樹(shù)脂作為主體聚合物提供。與具有僅僅環(huán)氧樹(shù)脂作為主體聚合物的納米復(fù)合材料膜相比，除了環(huán)氧樹(shù)脂以外還添加聚碳酸酯看上去減少了納米復(fù)合材料膜內(nèi)的孔隙，而這種孔隙會(huì)劣化納米復(fù)合材料的性能。
在一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)計(jì)使用兩種主體聚合物以供溶劑流鑄環(huán)氧納米復(fù)合材料，其中將f-s-SWNTs、環(huán)氧樹(shù)脂和硬化劑以及聚碳酸酯溶解在溶劑內(nèi)，并通過(guò)溶液流鑄或旋涂形成納米復(fù)合材料膜。
主體非聚合物基質(zhì)此處所使用的“主體非聚合物基質(zhì)”是指納米材料分散在其內(nèi)的非聚合物基質(zhì)。主體非聚合物基質(zhì)的實(shí)例包括陶瓷基質(zhì)(例如碳化硅、碳化硼或氮化硼)，或金屬基質(zhì)(例如鋁、鈦、鐵或銅)或其結(jié)合。官能化增溶的SWNTs在有機(jī)溶劑內(nèi)例如與聚碳硅烷混合，然后除去溶劑，形成固體(膜、纖維或粉末)。所得固體f-s-SWNTs/聚碳硅烷納米復(fù)合材料通過(guò)在真空或者惰性氛圍(例如Ar)中，在900-1600℃下加熱，從而進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成SWNTs/SiC納米復(fù)合材料。
納米材料此處所使用的術(shù)語(yǔ)“納米材料”包括但不限于官能化且增溶的多壁碳或氮化硼納米管、單壁的碳或氮化硼納米管、碳或氮化硼納米顆粒、碳或氮化硼納米纖維、碳或氮化硼納米繩、碳或氮化硼納米帶、碳或氮化硼納米微絲、碳或氮化硼納米針、碳或氮化硼納米片材、碳或氮化硼納米棒、碳或氮化硼納米角狀物(nanohorn)、碳或氮化硼納米錐體、碳或氮化硼納米卷形物(nanoscroll)、石墨納米小片、納米點(diǎn)，其它富勒烯材料或其結(jié)合。此處廣義地使用所述“納米管”，除非另有說(shuō)明，擬包括任何類(lèi)型的納米材料。一般來(lái)說(shuō)，“納米管”是在原子水平上具有圓周的管狀、繩股狀結(jié)構(gòu)。例如，單壁納米管的直徑典型地為約0.4納米(nm)-約100納米和最典型地直徑為約0.7納米-約5納米。
盡管此處所使用的術(shù)語(yǔ)“SWNTs”是指單壁納米管，但該術(shù)語(yǔ)意味著(除非另有說(shuō)明)可被取代的以上所述的其它納米材料。
官能化、增溶的(solubilized)納米材料此處所使用的術(shù)語(yǔ)“官能化增溶的納米材料”是指通過(guò)用剛性、共軛聚合物非包裹、非共價(jià)官能化，從而增溶納米材料。這種官能化和增溶可例舉Chen.J.等人的碳納米管的方法與組合物(J.Am.Chem.Soc.，124，9034(2002))，該方法導(dǎo)致優(yōu)良的納米管分散體，且公開(kāi)于2004年2月19日公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US2004/0034177(在2002年9月24日提交的USSN 10/255122)和2002年12月13日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)USSN 10/318730中。
此處用于官能化和增溶所使用的術(shù)語(yǔ)“剛性、共軛聚合物”含有以非包裹方式與納米管非共價(jià)鍵合的主鏈部分。主鏈部分可包括具有下式的基團(tuán)
其中M選自Ni、Pd和Pt， 或
其中在以上所述的主鏈部分a)-q)中的每一R1-R8表示H或F，或借助以上所述的碳或氧鍵鍵合到主鏈上的R基。
例如，主鏈可包括以上a)中的聚(亞芳基亞乙炔基)，其中R基如下所述i)R1＝R4＝H和R2＝R3＝OC10H21，ii)R1＝R2＝R3＝R4＝F，iii)R1＝R4＝H和R2＝R3＝ 或iii i)R1＝R4＝H和R2＝R3＝ 或其任何結(jié)合。也就是說(shuō)，R基可以是H、OC10H21、F、 剛性、共軛聚合物的進(jìn)一步的實(shí)施方案包括如下所述具有主鏈和借助醚鍵鍵合到主鏈上的R基的那些






dd)；或，另外，在ee)或jj)中所示的碳鍵


在一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)計(jì)R基以調(diào)節(jié)CNT在各種溶劑內(nèi)的溶解度，例如使用具有直鏈或支鏈二元醇側(cè)鏈的PPE聚合物提供SWNTs在DMF或NMP內(nèi)的高溶解度，這進(jìn)一步提供f-s-SWNTs與主體聚合物(例如聚丙烯腈)的均勻混合，其中所述主體聚合物在DMF或NMP中可溶，但在鹵代溶劑(例如氯仿)中不溶。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，如上所述借助碳-碳鍵或者氧-碳鍵鍵合到主鏈上的R基在R基周?chē)删哂蓄~外的反應(yīng)性物質(zhì)，即官能團(tuán)。此處所使用的術(shù)語(yǔ)“周?chē)笔侵高h(yuǎn)離主鏈或者在主鏈遠(yuǎn)端(distal)的這一R基側(cè)鏈的外端。這種官能團(tuán)包括例如縮醛、酰鹵、?；?、醛、鏈烷烴、酸酐、環(huán)烷烴、芳烴、鏈烯烴、炔烴、烷基鹵、芳基鹵、胺、酰胺、氨基酸、醇、氮化物、氮丙啶、偶氮化合物、杯芳烴、碳水化合物、碳酸鹽、羧酸、羧酸鹽、碳二亞胺、環(huán)糊精、冠醚、穴狀配體、二氨基吡啶、重氮化合物、酯、醚、環(huán)氧化物、富勒烯、乙二醛、酰亞胺、亞胺、亞氨酸酯、酮、腈、異硫氰酸酯、異氰酸酯、異腈、內(nèi)酯、馬來(lái)酰亞胺、茂金屬、NHS酯、硝基鏈烷烴、硝基化合物、核苷酸、低聚糖、環(huán)氧乙烷、肽、苯酚、酞菁、卟啉、膦、膦酸酯、多亞胺(例如，2，2｀-聯(lián)吡啶、1，10-菲咯啉、三吡啶、噠嗪、嘧啶、嘌呤、吡嗪、1，8-二氮雜萘、多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)、吡唑鹽(pyrazolate)、咪唑鹽(imidazolate)、torand、六吡啶、4，4｀-聯(lián)嘧啶)、吡啶、季銨鹽、季鏻鹽、醌、席夫堿、砷化物、sepulchrate、硅烷、硫化物、砜、磺酰氯、磺酸、磺酸酯、锍鹽、亞砜、硫和砷化合物、硫醇、硫醚、硫醇酸、硫酯、胸腺嘧啶或其結(jié)合。
在官能化、增溶的納米管主鏈遠(yuǎn)端的R基的末端處的周?chē)倌軋F(tuán)提高官能化、增溶的納米材料與本發(fā)明復(fù)合材料的主體基質(zhì)之間的相互作用。設(shè)計(jì)這種周?chē)倌軋F(tuán)以改進(jìn)官能化、增溶的CNTs和主體基質(zhì)之間的界面結(jié)合。例如，使用在主鏈遠(yuǎn)端的直鏈或支化側(cè)鏈末端處具有反應(yīng)性官能團(tuán)的PPE聚合物(例如環(huán)氧化物或胺或吡啶)提供f-s-SWNTs與環(huán)氧基質(zhì)之間的共價(jià)結(jié)合，因此增加例如f-s-SWNTs/環(huán)氧納米復(fù)合材料的機(jī)械性能。此外，使用在直鏈或支化側(cè)鏈的末端或附近處具有硫醇基的PPE聚合物例如提供f-s-SWNTs與金或銀納米顆粒(主體基質(zhì))之間提高的相互作用。進(jìn)一步的實(shí)例提供用在直鏈側(cè)鏈的末端處具有胸腺嘧啶的PPE聚合物官能化的SWNTs。然后可用這種PPE聚合物和用在直鏈側(cè)鏈末端處具有二氨基吡啶的PPE聚合物官能化的SWNTs，通過(guò)形成強(qiáng)烈的平行三重(三點(diǎn))氫鍵，從而組裝纖維。
盡管此處所使用的術(shù)語(yǔ)“f-s-SWNTs”是指官能化、增溶的單壁納米管，但該術(shù)語(yǔ)意味著(除非另有說(shuō)明)可被取代的以上所述的其它納米材料。
用于官能化的剛性、共軛聚合物包括例如聚(亞苯基亞乙炔基)(PPE)、聚(亞芳基亞乙炔基)或聚(3-癸基噻吩)。這種官能化提供碳納米材料在溶劑內(nèi)的溶解度，且不需要冗長(zhǎng)的超聲化工序。這一非包裹官能化適合于此處所述的納米材料。由于聚合物通過(guò)非共價(jià)而不是共價(jià)連接結(jié)合到納米材料表面上，因此納米管的基本電子結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵特征沒(méi)有受到影響。
復(fù)雜納米復(fù)合材料納米復(fù)合材料本身可用作第二填料的主體基質(zhì)，以形成復(fù)雜納米復(fù)合材料。第二填料的實(shí)例包括連續(xù)纖維(例如碳纖維、碳納米管纖維、碳納米管納米復(fù)合纖維、KEVLAR纖維、ZYLON纖維、SPECTRA纖維、尼龍纖維或其結(jié)合)、不連續(xù)纖維(例如碳纖維、碳納米管纖維、碳納米管納米復(fù)合纖維、KEVLAR纖維、ZYLON纖維、SPECTRA纖維、尼龍纖維或其結(jié)合)、納米顆粒(例如金屬顆粒、聚合物顆粒、陶瓷顆粒、納米粘土、金剛石顆?；蚱浣Y(jié)合)和微顆粒(例如金屬顆粒、聚合物顆粒、陶瓷顆粒、粘土、金剛石顆?；蚱浣Y(jié)合)。
許多現(xiàn)有材料在基質(zhì)內(nèi)使用連續(xù)纖維，例如碳纖維。這些纖維比碳納米管大得多。添加f-s-SWNTs到連續(xù)纖維增強(qiáng)的納米復(fù)合材料的基質(zhì)內(nèi)導(dǎo)致復(fù)雜的納米復(fù)合材料，其具有改進(jìn)的性能，例如改進(jìn)的抗沖性、降低的熱應(yīng)力、降低的微裂紋、降低的熱膨脹系數(shù)或增加的橫向或貫穿厚度方向的導(dǎo)熱率。在復(fù)雜納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)的所得優(yōu)點(diǎn)包括改進(jìn)的耐久性、改進(jìn)的尺寸穩(wěn)定性、消除在低溫燃料罐或壓力容器內(nèi)的泄漏、改進(jìn)的貫穿厚度方向或平面內(nèi)的導(dǎo)熱率、增加的接地或電磁干擾(EMI)屏蔽、增加的飛輪儲(chǔ)能，或者微調(diào)的射頻信號(hào)(Stealth)。改進(jìn)的導(dǎo)熱率還可降低紅外(IR)信號(hào)。通過(guò)添加f-s-SWNTs證明改進(jìn)的性能的另外的現(xiàn)有材料包括例如用于導(dǎo)電率或?qū)崧实慕饘兕w粒納米復(fù)合材料，納米粘土納米復(fù)合材料，或者金剛石顆粒納米復(fù)合材料。
制備納米復(fù)合材料的方法將納米材料摻入到主體基質(zhì)內(nèi)的方法包括但不限于，(i)在官能化增溶的納米材料存在下，在溶劑體系內(nèi)就地聚合主體聚合物的單體；(ii)在溶劑體系內(nèi)混合官能化增溶的納米材料和主體基質(zhì)；或者(iii)混合官能化增溶的納米材料與主體聚合物熔體。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方案，形成納米復(fù)合材料的方法包括使用溶劑溶解官能化增溶的納米材料和主體基質(zhì)。溶劑可以是有機(jī)或者含水溶劑，例如CHCl3、氯苯、水、乙酸、丙酮、乙腈、苯胺、苯、苯腈、芐醇、溴苯、溴仿、1-丁醇、2-丁醇、二硫化碳、四氯化碳、氯苯、氯仿、環(huán)己烷、環(huán)己醇、萘烷、二溴甲烷、二甘醇、二甘醇醚、二乙醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基甲烷、N，N-二甲基甲酰胺、乙醇、乙胺、乙苯、乙二醇醚、乙二醇、環(huán)氧乙烷、甲醛、甲酸、甘油、庚烷、己烷、碘苯、1，3，5-三甲基苯、甲醇、甲氧基苯、甲胺、二溴甲烷、二氯甲烷、甲基吡啶、嗎啉、萘、硝基苯、硝基甲烷、辛烷、戊烷、戊醇、苯酚、1-丙醇、2-丙醇、吡啶、吡咯、吡咯烷、喹啉、1，1，2，2-四氯乙烷、四氯乙烯、四氫呋喃、四氫吡喃、1，2，3，4-四氫化萘、四甲基乙二胺、噻吩、甲苯、1，2，4-三氯苯、1，1，1-三氯乙烷、1，1，2-三氯乙烷、三氯乙烯、三乙胺、三甘醇二甲醚、1，3，5-三甲基苯、間二甲苯、鄰二甲苯、對(duì)二甲苯、1，2-二氯苯、1，3-二氯苯、1，4-二氯苯或N-甲基-2-吡咯烷酮。
溶劑的進(jìn)一步的實(shí)例包括離子液體或超臨界溶劑。離子液體的實(shí)例包括例如四正丁基溴化鏻、四正丁基溴化銨、1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-己基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-甲基-3-辛基咪唑鎓氯化物、1-丁基-4-甲基吡啶鎓氯化物、1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸鹽、3-甲基-1-辛基咪唑鎓四氟硼酸鹽、1-丁基-4-甲基吡啶鎓四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-丁基-4-甲基吡啶鎓六氟磷酸鹽、1，3-二甲基咪唑鎓甲基硫酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎓甲基硫酸鹽、二甲基咪唑鎓三氟甲磺酸鹽(triflate)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓三氟甲磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎓三氟甲磺酸鹽、1-丁基-3-乙基咪唑鎓三氟甲磺酸鹽或三己基十四烷基氯化鏻。超臨界溶劑的實(shí)例包括例如超臨界二氧化碳、超臨界水、超臨界氨水或超臨界乙烯。
官能化增溶的納米材料可占納米復(fù)合材料的大于0且小于100％重量或體積；等于或在任何下述百分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)的用量0.01％、0.02％、0.04％、0.05％、0.075％、0.1％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％、7.0％、8.0％、9.0％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％和75％；等于或大于0.1％且小于或等于50％重量或體積用量的納米復(fù)合材料；或者等于或大于1％到10％重量或體積用量的納米復(fù)合材料。
對(duì)于f-s-SWNTs/主體基質(zhì)納米復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，f-s-SWNTs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)負(fù)載值僅僅基于原始的SWNT材料且不包括添加劑材料(“f-s”材料)。
突增界限值與不含官能化增溶的納米材料的納米復(fù)合材料相比，本發(fā)明的納米復(fù)合材料提供優(yōu)異的導(dǎo)電率或者導(dǎo)熱率，或者優(yōu)異的機(jī)械性能。這種納米復(fù)合材料性能的一種測(cè)量方法是納米復(fù)合材料的突增界限值。突增界限值是在基質(zhì)內(nèi)提供互連性的、存在于主體基質(zhì)內(nèi)的官能化增溶的納米材料的最小重量或體積用量。低突增界限值表示在主體基體內(nèi)納米材料的良好分散。突增界限值對(duì)于主體基質(zhì)的類(lèi)型、納米材料的類(lèi)型、官能化/增溶類(lèi)型和制備納米復(fù)合材料的條件來(lái)說(shuō)是獨(dú)特的。對(duì)于特定的納米復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，突增界限值對(duì)于特定性能來(lái)說(shuō)也是獨(dú)特的，即對(duì)于電性能來(lái)說(shuō)的突增界限值可能不同于對(duì)于熱性能來(lái)說(shuō)的突增界限值，這是因?yàn)殡娦阅芴岣邫C(jī)理不同于熱性能提高機(jī)理。
本發(fā)明的復(fù)合材料證明具有在下述任何百分?jǐn)?shù)值范圍內(nèi)的導(dǎo)電率突增界限值或者導(dǎo)熱率突增界限值0.01％、0.02％、0.04％、0.05％、0.075％、0.1％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％、30％和33％重量或體積。在其它實(shí)施方案中，導(dǎo)電率突增界限值或者導(dǎo)熱率突增界限值等于或大于0.01％、0.02％、0.04％、0.05％、0.1％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、3.0％、4.0％、5.0％、10％且小于或等于20.0％重量或體積。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，導(dǎo)電率突增界限值或者導(dǎo)熱率突增界限值等于或大于0.01％、0.02％、0.04％、0.05％、0.1％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、3.0％、4.0％且小于或等于5.0％重量或體積。
通過(guò)測(cè)量納米復(fù)合材料感興趣的性能相對(duì)于官能化增溶的納米材料在基質(zhì)(例如前述實(shí)例所提供的基質(zhì))內(nèi)的負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而測(cè)定突增界限值。例如，納米復(fù)合材料PPE-SWNTs/聚苯乙烯的導(dǎo)電率突增界限值為0.045wt％的SWNT負(fù)載，而納米復(fù)合材料PPE-SWNTs/聚碳酸酯的導(dǎo)電率突增界限值為0.11wt％的SWNT負(fù)載。
用于電學(xué)應(yīng)用的納米復(fù)合材料本發(fā)明的納米復(fù)合材料實(shí)施方案的導(dǎo)電率突增界限值低于含該主體基質(zhì)和除了該官能化增溶的納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。通過(guò)在可接受的負(fù)載下提供導(dǎo)電率，本發(fā)明的實(shí)施方案使得可用于下述應(yīng)用，例如靜電耗散、靜電上漆、電磁干擾(EMI)屏蔽、可印刷電路線(xiàn)路、透明導(dǎo)電涂層。
含本發(fā)明納米復(fù)合材料的制造制品包括線(xiàn)材、可印刷的電路線(xiàn)路、涂層、透明涂層、抗蝕劑材料用涂層、抗蝕劑材料、膜、纖維、粉末、油墨、可噴墨的納米復(fù)合材料溶液、油漆、電噴油漆、EMI屏蔽物、傳導(dǎo)密封劑、傳導(dǎo)填縫劑、傳導(dǎo)粘合劑、光電器件，例如用于導(dǎo)電應(yīng)用，如靜電耗散、靜電上漆或電磁干燥(EMI)屏蔽的其它制品。
用于熱學(xué)應(yīng)用的納米復(fù)合材料本發(fā)明的納米復(fù)合材料實(shí)施方案的導(dǎo)熱率突增界限值低于含所述主體基質(zhì)和除了官能化、增溶的納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。提高的導(dǎo)熱率提供許多應(yīng)用?？稍O(shè)計(jì)納米復(fù)合材料更適應(yīng)和保形，從而提供好得多的傳熱，以便利用該材料內(nèi)的高導(dǎo)熱率。因此，此處的納米復(fù)合材料可例如用于傳熱，加熱或者冷卻，或者封裝。
含本發(fā)明納米復(fù)合材料的制造制品包括電子、光子、微電子機(jī)械(MEMS)封裝、熱量散布器、散熱片、封裝件、模件、熱管道、外殼、罩子、換熱器、輻射加熱器、熱界面材料、熱量散布器、膜、纖維、粉末、涂層，機(jī)動(dòng)車(chē)應(yīng)用(其中包括例如機(jī)罩下方的元件、輻射器、傳感器外殼、電子模件或燃料電池)，工業(yè)應(yīng)用(其中包括例如電線(xiàn)圈元件、泵部件、電動(dòng)馬達(dá)部件、變壓器、管道系統(tǒng)、導(dǎo)管裝置或加熱、排放或空氣調(diào)節(jié)(HVAC)設(shè)備)。
例如，圖5A和圖5B示出了使用本發(fā)明納米復(fù)合材料作為集成電路(“IC”)(或IC封裝件)和附屬的散熱片之間熱界面的傳熱應(yīng)用，并包括散熱片10、TIM2 20(在一體化熱量散布器上的熱界面材料)、一體化熱量散布器30(HIS)、TIM1 40(在模頭上的熱界面材料)、模頭50、底層填料60和基底70。圖5A示出了典型地在膝上型應(yīng)用中使用的熱溶液結(jié)構(gòu)的實(shí)例。圖5A的結(jié)構(gòu)實(shí)例包括散熱片10、TIM1(在模頭上的熱界面材料)40、模頭50、底層填料60和基底70。圖5B示出了典型地在桌面型和服務(wù)器應(yīng)用中使用的熱溶液結(jié)構(gòu)的另一實(shí)例。圖5B的結(jié)構(gòu)實(shí)例包括散熱片10、TIM2(在一體化熱量散布器上的熱界面材料)20、一體化熱量散布器(HIS)30、TIM1(在模頭上的熱界面材料)40、模頭50、底層填料60和基底70。例如，本發(fā)明的納米復(fù)合材料可在圖5A和圖5B的結(jié)構(gòu)中在TIM1 40或TIM2 20中使用。
通過(guò)本發(fā)明的納米復(fù)合材料提供的導(dǎo)熱率性能使得該納米復(fù)合材料適合于冷卻電子元件，例如，通過(guò)有效地將熱量導(dǎo)離該元件(到例如散熱片10上)來(lái)冷卻圖5A和5B的結(jié)構(gòu)實(shí)例中的電子元件。在一些實(shí)施方案中，可以以所需方式適配在結(jié)構(gòu)體內(nèi)而成形的固體材料(例如固體片材)的形式來(lái)實(shí)施納米復(fù)合材料的界面(例如TIM1 40和/或TIM2 20)。在其它實(shí)施方案中，可以以粘稠(例如，“膠粘物”)物質(zhì)形式實(shí)施納米復(fù)合材料界面。
用于機(jī)械應(yīng)用的納米復(fù)合材料與含所述主體基質(zhì)和除了官能化、增溶的納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，本發(fā)明的納米復(fù)合材料實(shí)施方案具有改進(jìn)的機(jī)械性能，例如拉伸應(yīng)力、拉伸應(yīng)變、剛度、強(qiáng)度、斷裂韌性、抗蠕變力、抗蠕變破裂和抗疲勞性。通過(guò)在可接受的負(fù)載下提供改進(jìn)的機(jī)械性能，本發(fā)明的實(shí)施方案使得可用于各種機(jī)械應(yīng)用。
含本發(fā)明納米復(fù)合材料的制造制品包括粘合劑、增強(qiáng)連續(xù)纖維材料、航空結(jié)構(gòu)、航空燃?xì)馄啓C(jī)元件、空間飛行器結(jié)構(gòu)體、儀器結(jié)構(gòu)體、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)、可再利用的運(yùn)載火箭的冷卻燃料罐附件、壓縮天然氣和氫氣燃料罐、輪船和船只結(jié)構(gòu)體、壓力容器附件、體育用品、工業(yè)設(shè)備、機(jī)動(dòng)車(chē)和運(yùn)輸工具、海上油田勘探和生產(chǎn)設(shè)備、風(fēng)力渦輪葉片、醫(yī)療設(shè)備(例如X-射線(xiàn)工作臺(tái))、矯正術(shù)、彌補(bǔ)術(shù)、膜、纖維、粉末或家具。
對(duì)于大于一種性能或者大于一種改進(jìn)的性能來(lái)說(shuō)具有低突增界限值的納米復(fù)合材料盡管對(duì)于不同的性能來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的納米復(fù)合材料可具有不同的突增界限值，但對(duì)于大于一種性能來(lái)說(shuō)，納米復(fù)合材料可具有低的突增界限值，并因此提供多種有利的性能。例如，在低的f-s-SWNT負(fù)載下，納米復(fù)合材料可具有增加的導(dǎo)電率，另外，在該負(fù)載下具有提高的機(jī)械或熱性能。由于f-s-SWNT的多功能性質(zhì)，因此，此處的納米復(fù)合材料可用于一種或大于一種的例如電、機(jī)械、熱、化學(xué)、傳感和驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。
粘合劑廣泛用于組裝電子元件、在許多應(yīng)用中，它們必需是電絕緣體。然而，在許多應(yīng)用中導(dǎo)電率是想要的或者至少可接受。對(duì)于具有改進(jìn)的導(dǎo)熱率的粘合劑來(lái)說(shuō)，還存在強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力。例如，金剛石顆粒增強(qiáng)的粘合劑現(xiàn)在用于生產(chǎn)應(yīng)用中。基于此處納米復(fù)合材料有利的導(dǎo)熱率，這可能是重要的應(yīng)用。例如，其中希望高導(dǎo)熱率但要求電絕緣的情況下，可使用非常薄的電絕緣界面結(jié)合納米復(fù)合材料，以便多層結(jié)構(gòu)既提供電絕緣，又提供高的導(dǎo)熱率。
含本發(fā)明納米復(fù)合材料的進(jìn)一步的制造制品包括例如航空器結(jié)構(gòu)體、航空燃?xì)馄啓C(jī)元件、空間飛行器結(jié)構(gòu)體、儀器結(jié)構(gòu)體、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)體、可再利用的運(yùn)載火箭的冷卻燃料罐、輪船或船只結(jié)構(gòu)體、體育用品、工業(yè)設(shè)備、機(jī)動(dòng)車(chē)或運(yùn)輸工具、海上油田勘探或生產(chǎn)設(shè)備、風(fēng)力渦輪葉片、醫(yī)療設(shè)備(例如X-射線(xiàn)工作臺(tái))、矯正術(shù)或彌補(bǔ)術(shù)。
Chen，J等人(J.Am.Chem.Soc.，124，9034(2002))公開(kāi)了在本發(fā)明實(shí)施例中所使用的非共價(jià)官能化碳納米管的方法以供制備納米復(fù)合材料，該方法導(dǎo)致優(yōu)良的納米管分散體。通過(guò)高壓一氧化碳方法(HiPco)生產(chǎn)的SWNTs購(gòu)自Carbon Nanotechnologies，Inc.(Houston，TX)，且在劇烈搖動(dòng)和/或短時(shí)間的浴超聲下，與聚(亞苯基亞乙炔基)(PPE)一起溶解于氯仿中，正如Chen，J.等人(ibid)和2004年2月19日公開(kāi)的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US 2004/0034177(2002年9月24日提交的USSN 10/255122)和2002年12月13日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)USSN 10/318730中所述。對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)說(shuō)，由Haiying Liu(Department of Chemistry，Michigan Technological University，Houghton，Michigan 49931)提供PPE。
列出下述實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明的各方面，且不打算限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1聚合物和官能化、增溶的納米材料的納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率 與聚合物本身相比，本發(fā)明實(shí)施例中的非共價(jià)官能化、可溶的SWNTs/聚合物納米復(fù)合材料顯示出導(dǎo)電性的改進(jìn)，且具有非常低的突增界限值(0.05-0.1wt％的SWNT負(fù)載)。
在氯仿內(nèi)混合PPE官能化的SWNT溶液與主體聚合物(聚碳酸酯或聚苯乙烯)溶液，得到均勻的納米管/聚合物納米復(fù)合材料溶液。在具有100納米厚熱氧化物層的硅片上，通過(guò)滴液流鑄(drop casting)或者通過(guò)緩慢速度的旋涂，由該溶液制備均勻的納米復(fù)合材料膜。然后加熱樣品到80-90℃，以除去殘留溶劑。
制備納米管聚合物納米復(fù)合材料膜，其在聚苯乙烯以及聚碳酸酯內(nèi)具有從0.01wt％到10wt％各種含量的增溶和官能化的SWNT負(fù)載。使用LEO 1530 Scanning Electron Microscope或profilameter測(cè)量膜的厚度。納米復(fù)合材料膜的典型厚度范圍為2-10微米。對(duì)于f-s-SWNTs/主體聚合物納米復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，SWNT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)負(fù)載僅僅基于原始的SWNT材料，不包括添加劑材料。圖1A和圖1B示出了通過(guò)溶液流鑄制備的PPE-SWNTs/聚苯乙烯納米復(fù)合材料膜(5wt％SWNTs)的表面(1A)和截面(1B)的掃描電子顯微(SEM)圖像。該圖像表明PPE-官能化的SWNTs在主體聚合物基質(zhì)內(nèi)的優(yōu)良分散。f-s-SWNTs不僅沿著表面隨機(jī)分布(圖1A)，而且隨機(jī)分布在整個(gè)截面中(圖1B)，這表明在主體聚合物基質(zhì)內(nèi)形成各向同性的三維納米管網(wǎng)絡(luò)，從而可提供納米復(fù)合材料具有各向同性導(dǎo)電率的可能性。該膜顯示出在聚合物基質(zhì)內(nèi)均勻混合的單獨(dú)且成束的f-s-SWNTs。
使用標(biāo)準(zhǔn)的4點(diǎn)探針?lè)椒ㄟM(jìn)行導(dǎo)電率測(cè)量，以降低接觸電阻的影響。使用Phillips DM 2812電源和Keithly 2002數(shù)字萬(wàn)用表，測(cè)量樣品的電流-電壓特征。
使用PPE官能化的納米管制備的復(fù)合材料顯示出非常低的突增界限值且導(dǎo)電率增加許多個(gè)數(shù)量級(jí)。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案形成的PPE-SWNTs/聚苯乙烯納米復(fù)合材料所測(cè)量的單位體積導(dǎo)電率作為SWNT負(fù)載的函數(shù)。在0.02wt％-0.05wt％的SWNT負(fù)載下復(fù)合材料的導(dǎo)電率顯著增加，從而表明形成滲透網(wǎng)絡(luò)(percolatingnetwork)。在滲透網(wǎng)絡(luò)剛一形成時(shí)，導(dǎo)電率服從次方定律關(guān)系σc∝(ν-νc)β(1)其中σc是復(fù)合材料的導(dǎo)電率，ν是SWNT的體積分?jǐn)?shù)，νc是突增界限值，和β是臨界指數(shù)。聚合物與SWNT的密度類(lèi)似，因此，認(rèn)為在聚合物內(nèi)SWNT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)m和體積分?jǐn)?shù)v相同。如圖2B所示，PPE-SWNTs/聚苯乙烯的導(dǎo)電率與上式(1)的滲透行為非常一致。其中mc＝0.045％和β＝1.54的直線(xiàn)得到很好適合于校正因子為0.994的數(shù)據(jù)，這表明在0.045wt％的SWNT負(fù)載下極低的突增界限值。非常低的突增界限值是高長(zhǎng)徑比的可溶f-s-SWNTs的優(yōu)良分散的表征。為了比較，純聚苯乙烯的導(dǎo)電率為約10-14S/m(C.A.Harper，Handbook ofPlastics，Elastomers，and Composites，4thed.(McGraw-Hill，2002))，和原始(未官能化的)HiPco-SWNT Buckypaper的導(dǎo)電率為約5.1×104S/m。Buckypaper不是此處所使用的納米復(fù)合材料，這是因?yàn)椴淮嬖谥黧w聚合物。
除了非常低的突增界限值以外，納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率在7wt％的SWNT負(fù)載下達(dá)到6.89S/m，這比純聚苯乙烯(10-14S/m)高14個(gè)數(shù)量級(jí)。在7wt％的SWNT負(fù)載下，6.89S/m的導(dǎo)電率比通過(guò)就地聚合制備的未官能化的SWNTs(8.5wt％)/聚苯乙烯納米復(fù)合材料(1.34×10-5S/m)高5個(gè)數(shù)量級(jí)(H.J.Barraza等人的NanoLett.2，797(2002))。與就地聚合技術(shù)相比，使用官能化的碳納米管獲得高度分散的納米復(fù)合材料的這一方法可用于各種主體基質(zhì)且不要求冗長(zhǎng)的超聲工序。
圖3A和圖3B示出了對(duì)于通過(guò)與圖2A和圖2B相同的工序制備的納米復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，PPE-SWNTs/聚碳酸酯納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率(所測(cè)量的單位體積導(dǎo)電率)作為SWNT負(fù)載的函數(shù)。在相同的SWNT負(fù)載下，PPE-SWNTs/聚碳酸酯的導(dǎo)電率通常高于PPE-SWNTs/聚苯乙烯。例如，在7wt％的SWNT負(fù)載下，導(dǎo)電率達(dá)到4.81×102S/m，這比純聚碳酸酯(約10-13S/m，C.A.Harper，ibid)高15個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于聚碳酸酯納米復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，如圖3B所示，觀(guān)察到0.11wt％的SWNT負(fù)載下非常低的突增界限值(mc＝0.11％；β＝2.79)。
圖2A和圖3A還示出了對(duì)于電學(xué)應(yīng)用例如靜電耗散、靜電上漆和EMI屏蔽來(lái)說(shuō)的導(dǎo)電率水平(Miler，PlasticsWorld，54，73(1996年9月))。如圖3A所示，對(duì)于例如靜電耗散和靜電上漆來(lái)說(shuō)，在聚碳酸酯內(nèi)0.3wt％的SWNT負(fù)載是合適的，和對(duì)于EMI屏蔽應(yīng)用來(lái)說(shuō)，3wt％的SWNT負(fù)載是合適的。由于要求僅僅非常低的f-s-SWNT負(fù)載以實(shí)現(xiàn)所述的導(dǎo)電率水平，因此，在納米復(fù)合材料內(nèi)，主體聚合物的其它優(yōu)選的物理性能和可加工性將會(huì)最小地受到犧牲。
與以前的技術(shù)(M.J.Bieruck等，Appl.Phys.Lett.80，2767(2002)；Park，C.等，Chem.Phys.Lett.，364，303(2002)；Barraza，H.J.等，Nano Letters，2，797(2002))相反，本發(fā)明的方法可用于組裝各種不同的聚合物基質(zhì)，且納米管分散體非常均勻。高的導(dǎo)電率水平表明碳納米管的電性能沒(méi)有受到納米復(fù)合材料的影響。此外，由于不存在冗長(zhǎng)的超聲工序，因此碳納米管的長(zhǎng)度得到保持。
實(shí)施例2聚合物和官能化、增溶的納米材料的納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱率 與聚合物本身相比，本發(fā)明實(shí)施例的非共價(jià)官能化、可溶SWNTs/聚合物納米復(fù)合材料顯示出導(dǎo)熱率的改進(jìn)。
對(duì)具有從0.5wt％到10wt％各種含量的SWNTs負(fù)載的納米復(fù)合材料進(jìn)行導(dǎo)熱率測(cè)量。通過(guò)溶液流鑄，在PTFE基底上制備納米復(fù)合材料膜，并從基底上剝離該自立式膜。典型的膜厚度為約50-100微米。使用商用Hitachi Thermal Conductivity MeasurementSystem(Hitachi，Ltd.，6，Kanda-Surugadai 4-chome，Chiyoda-ku，Tokyo 101-8010，日本)測(cè)量面外導(dǎo)熱率。在室溫下，與純聚碳酸酯相比，在10wt％的SWNT負(fù)載下，f-s-SWNTs/聚碳酸酯納米復(fù)合材料膜導(dǎo)致～35％的面外導(dǎo)熱率增加。
實(shí)施例3聚合物和官能化、增溶納米材料的納米復(fù)合材料的機(jī)械性能 與聚合物本身相比，該實(shí)施例提供f-s-SWNTs和聚合物的納米復(fù)合材料的改進(jìn)的機(jī)械性能。
術(shù)語(yǔ)PARMAX(Mississippi PolymerTechnologies，Inc.，Bay Saint Luis，MS)是指一組熱塑性剛性棒條狀聚合物，其可溶于有機(jī)溶劑且可熔融加工。PARMAX以取代的聚(1，4-亞苯基)為基礎(chǔ)，其中每一亞苯基環(huán)具有取代的有機(jī)基團(tuán)R。PARMAX通式結(jié)構(gòu)如下I所示。
在II中示出了PARMAX-1000的單體，和在III中示出了PARMAX-1200的單體。
將PARMAX-1200在氯仿內(nèi)的溶液與PPE-SWNT在氯仿內(nèi)的溶液混合。在基底，例如玻璃上流鑄該溶液，并使之干燥形成膜。進(jìn)一步在真空下和在對(duì)于溶劑來(lái)說(shuō)合適的溫度下干燥該膜，對(duì)于氯仿來(lái)說(shuō)，環(huán)境溫度是合適的。
使用Instron Mechnical Testing System(Model5567，Instron Corporation Headquaters，100 RoyallStreet，Canton，MA，02021，USA)，測(cè)量納米復(fù)合材料的機(jī)械性能。結(jié)果表明，與PARMAX材料本身相比，在納米復(fù)合材料內(nèi)2wt％的SWNTs增強(qiáng)導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度～29％的增加(從154增加到199MPa)和楊氏模量～51％的增加(從3.9增加到5.9GPa)。
此外，通過(guò)在PTFE基底上溶液流鑄制備純聚碳酸酯膜和f-s-SWNTs(2wt％的SWNTs)/聚碳酸酯膜。如前所述進(jìn)行機(jī)械測(cè)量。圖6A示出了對(duì)于純聚碳酸酯膜來(lái)說(shuō)，拉伸應(yīng)力對(duì)拉伸應(yīng)變的機(jī)械性能，和圖6B示出了對(duì)于f-s-SWNTs(2wt％的SWNTs)/聚碳酸酯膜來(lái)說(shuō)，拉伸應(yīng)力對(duì)拉伸應(yīng)變的機(jī)械性能。例如，填充2wt％的SWNTs導(dǎo)致聚碳酸酯拉伸強(qiáng)度增加79％，和斷裂應(yīng)變(拉伸應(yīng)變)增加約10倍。
除了膜流鑄方法以外，也可通過(guò)其它方法例如壓塑、擠出或纖維紡絲，制備PPE-SWNT/PARMAX納米復(fù)合材料。在一種方法中，將PARMAX-1200在氯仿內(nèi)的溶液與PPE-SWNT在氯仿內(nèi)的溶液混合，形成PPE-SWNT/PARMAX納米復(fù)合材料的均勻溶液。在劇烈攪拌下，將乙醇加入到PPE-SWNT/PARMAX納米復(fù)合材料的溶液中，沉淀納米復(fù)合材料。在過(guò)濾和干燥之后，獲得PPE-SWNT/PARMAX納米復(fù)合材料的均勻粉末。通過(guò)在200-400℃(優(yōu)選315℃)下壓塑～30分鐘，將所得納米復(fù)合材料粉末制成各種成型固體。
圖4示出了在f-s-SWNTs/聚碳酸酯納米復(fù)合材料內(nèi)的斷面。甚至在斷裂之后，納米管保留在基質(zhì)內(nèi)，這表明與主體聚合物的強(qiáng)相互作用。原始的納米管常常與基質(zhì)的相互作用差，也就是說(shuō)，斷裂排擠出它們并在材料內(nèi)留下孔隙。
實(shí)施例4兩種主體聚合物和官能化、增溶納米材料的納米復(fù)合材料的改進(jìn)的性能 該實(shí)施例提供f-s-SWNTs和兩種主體聚合物的納米復(fù)合材料與一種主體聚合物的相比所具有的改進(jìn)的機(jī)械和電性能。
進(jìn)行含f-s-SWNTs/環(huán)氧樹(shù)脂和f-s-SWNTs/環(huán)氧樹(shù)脂和聚碳酸酯作為主體聚合物的納米復(fù)合材料在電和機(jī)械性能方面的比較。在有或無(wú)聚碳酸酯的情況下，由環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)氧硬化劑、PPE-SWNTs組裝納米復(fù)合材料。處理步驟是分散PPE-SWNTs和環(huán)氧樹(shù)脂、硬化劑與為最終組合物5wt％的聚碳酸酯(在含有聚碳酸酯的那些組合物內(nèi))，并攪拌或搖動(dòng)，直到混合物均勻分散形成納米復(fù)合材料。對(duì)于膜來(lái)說(shuō)，將混合物溶液流鑄或者旋涂，和通過(guò)蒸發(fā)除去溶劑，產(chǎn)生具有優(yōu)良納米管分散的納米復(fù)合材料膜。
表1示出了約50微米厚的溶劑流鑄膜的所得機(jī)械和電性能。
表1.具有兩種主體聚合物和官能化、增溶納米材料的納米復(fù)合材料的機(jī)械和電性能
由表1的數(shù)據(jù)可以看出，添加f-s-SWNTs到環(huán)氧樹(shù)脂中的有效性是顯而易見(jiàn)的，它表明，單獨(dú)環(huán)氧膜的導(dǎo)電率為10-14S/m，和具有官能化增溶納米管的環(huán)氧膜的導(dǎo)電率為5.3×10-2S/m，增加約12個(gè)數(shù)量級(jí)。與單獨(dú)的環(huán)氧相比，具有環(huán)氧和f-s-SWNTs的膜在機(jī)械性能方面提供適中的改進(jìn)(對(duì)于納米復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，楊氏模量為0.75Gpa，和對(duì)于環(huán)氧膜來(lái)說(shuō)為0.42GPa，和對(duì)于納米復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，拉伸強(qiáng)度為22.2MPa，和對(duì)于環(huán)氧膜來(lái)說(shuō)為16.0MPa)，這可能是由于在膜內(nèi)的孔隙所致。
由表1的數(shù)據(jù)可以看出，添加聚碳酸酯到f-s-SWNTs和環(huán)氧樹(shù)脂中的有效性是顯而易見(jiàn)的，它表明，機(jī)械性能改進(jìn)約2倍(對(duì)于兩種聚合物的復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，楊氏模量為1.23GPa，和對(duì)于一種聚合物的復(fù)合材料來(lái)說(shuō)為0.75GPa，和對(duì)于兩種聚合物的復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，拉伸強(qiáng)度為46.3MPa，和對(duì)于一種聚合物的復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，為22.2MPa)。與具有一種聚合物的復(fù)合材料相比，具有兩種聚合物的納米復(fù)合材料的膜在導(dǎo)電率方面提供約20倍的改進(jìn)(對(duì)于兩種聚合物的納米復(fù)合材料來(lái)說(shuō)為1.17S/m，而一種聚合物的復(fù)合材料為0.053S/m)。
根據(jù)本說(shuō)明書(shū)的考慮或者此處披露的實(shí)施方案的做法，本發(fā)明的其它實(shí)施方案對(duì)于熟練本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。然而，前述說(shuō)明被視為僅僅是本發(fā)明的例舉，和本發(fā)明的真實(shí)范圍與精神通過(guò)下述權(quán)利要求來(lái)表示。
此處所使用的術(shù)語(yǔ)“一個(gè)”和“一(a，an)”認(rèn)為是指“一個(gè)”、“至少一個(gè)”或者“一個(gè)或者多個(gè)”，除非另有說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.一種納米復(fù)合材料，它包括包括聚合物基質(zhì)或非聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)，和分散在該主體基質(zhì)內(nèi)的官能化、增溶的納米材料，其中該納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率突增界限值或者導(dǎo)熱率突增界限值低于含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。
2.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中該納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率突增界限值低于含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。
3.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中該納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱率突增界限值低于含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。
4.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中主體基質(zhì)是聚合物基質(zhì)和聚合物基質(zhì)包括熱塑性聚合物、熱固性聚合物或其結(jié)合。
5.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中主體基質(zhì)是聚合物基質(zhì)和聚合物基質(zhì)包括無(wú)機(jī)聚合物基質(zhì)。
6.權(quán)利要求5的納米復(fù)合材料，其中無(wú)機(jī)聚合物基質(zhì)包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚碳硅烷、聚鍺烷、聚錫烷、聚磷腈或其結(jié)合。
7.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中主體基質(zhì)是聚合物基質(zhì)和聚合物基質(zhì)包括尼龍、聚乙烯、聚異戊二烯、sbs橡膠、聚二環(huán)戊二烯、聚四氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚硅氧烷、芳族聚酰胺、纖維素、人造絲、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、碳纖維、聚異丁烯、聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚(亞芳基亞乙炔基)、聚(亞苯基亞乙炔基)、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚亞苯基、乙烯乙烯基醇、氟塑料、離聚物、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚丁烯、聚乙烯、聚乙烯氯化物、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺、聚芳基醚酮、聚碳酸酯、聚酮、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚鄰苯二甲酰胺、聚砜、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯或其結(jié)合。
8.權(quán)利要求7的納米復(fù)合材料，其中聚合物基質(zhì)包括聚苯乙烯。
9.權(quán)利要求7的納米復(fù)合材料，其中聚合物基質(zhì)包括聚亞苯基。
10.權(quán)利要求7的納米復(fù)合材料，其中聚合物基質(zhì)包括聚碳酸酯。
11.權(quán)利要求7的納米復(fù)合材料，其中聚合物基質(zhì)包括氟塑料，和氟塑料包括聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烴、一氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯、乙烯四氟乙烯或其結(jié)合。
12.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料包括官能化且增溶的單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納米顆粒、碳納米片材、碳納米纖維、碳納米繩、碳納米帶、碳納米微絲、碳納米針、碳納米角狀物、碳納米錐體、碳納米卷狀物、碳納米點(diǎn)或其結(jié)合。
13.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料包括官能化且增溶的單壁氮化硼納米管、多壁氮化硼納米管、氮化硼納米顆粒、氮化硼納米片材、氮化硼納米纖維、氮化硼納米繩、氮化硼納米帶、氮化硼納米微絲、氮化硼納米針、氮化硼納米角狀物、氮化硼納米錐體、氮化硼納米卷狀物、氮化硼納米點(diǎn)或其結(jié)合。
14.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料包括官能化且增溶的石墨納米小片、官能化且增溶的富勒烯材料或其結(jié)合。
15.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或體積。
16.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或體積。
17.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.1％且小于或等于10.0％重量或體積。
18.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中納米復(fù)合材料的官能化、增溶納米材料是第一填料和納米復(fù)合材料進(jìn)一步包括第二填料以形成復(fù)雜納米復(fù)合材料，其中第二填料包括連續(xù)纖維、不連續(xù)纖維、納米顆粒、微粒、大顆?；蚱浣Y(jié)合，和第二填料不同于官能化、增溶納米材料。
19.權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料，其中主體基質(zhì)是第一主體聚合物基質(zhì)，和納米復(fù)合材料進(jìn)一步包括第二主體聚合物基質(zhì)，其中官能化、增溶納米材料分散在第一和第二主體聚合物基質(zhì)內(nèi)，和其中該納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率突增界限值或者導(dǎo)熱率突增界限值低于含所述第一和第二主體聚合物基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。
20.權(quán)利要求19的納米復(fù)合材料，其中第一主體聚合物基質(zhì)是環(huán)氧樹(shù)脂和第二主體聚合物基質(zhì)是聚碳酸酯。
21.一種制造制品，它包括權(quán)利要求1的納米復(fù)合材料。
22.一種制造制品，它包括權(quán)利要求2的納米復(fù)合材料。
23.一種制造制品，它包括權(quán)利要求3的納米復(fù)合材料。
24.一種制造制品，它包括權(quán)利要求12的納米復(fù)合材料。
25.一種制造制品，它包括權(quán)利要求18的納米復(fù)合材料。
26.一種制造制品，它包括權(quán)利要求19的納米復(fù)合材料。
27.權(quán)利要求21的制造制品，其中該制造制品包括纖維。
28.權(quán)利要求21的制造制品，其中該制造制品包括膜。
29.權(quán)利要求21的制造制品，其中該制造制品包括粉末。
30.權(quán)利要求24的制造制品，其中該制造制品包括纖維。
31.一種增加包括聚合物基質(zhì)或非聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)的導(dǎo)電率或者導(dǎo)熱率的方法，該方法包括在主體基質(zhì)材料內(nèi)分散官能化、增溶的納米材料，形成納米復(fù)合材料，其中該納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率突增界限值或者導(dǎo)熱率突增界限值低于含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。
32.權(quán)利要求31的方法，其中主體基質(zhì)材料是主體基質(zhì)。
33.權(quán)利要求31的方法，其中主體基質(zhì)材料包括主體聚合物基質(zhì)的單體，和該方法進(jìn)一步包括在官能化、增溶納米材料存在下聚合主體聚合物基質(zhì)材料的步驟。
34.權(quán)利要求31的方法，其中主體基質(zhì)是第一主體聚合物基質(zhì)，和該方法進(jìn)一步包括分散第二主體聚合物基質(zhì)材料與官能化、增溶納米材料和第一主體聚合物基質(zhì)材料，形成含第一主體聚合物基質(zhì)和第二主體聚合物基質(zhì)的納米復(fù)合材料，其中納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率突增界限值或者導(dǎo)熱率突增界限值低于含所述第一和第二主體聚合物基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。
35.權(quán)利要求34的方法，其中第一主體聚合物基質(zhì)材料是第一主體聚合物基質(zhì)和第二主體聚合物基質(zhì)材料是第二主體聚合物基質(zhì)。
36.權(quán)利要求34的方法，其中第一主體聚合物基質(zhì)材料包括第一主體聚合物基質(zhì)材料的單體，第二主體聚合物基質(zhì)材料包括第二主體聚合物基質(zhì)材料的單體，和該方法進(jìn)一步包括在官能化、增溶納米材料存在下聚合主體聚合物基質(zhì)材料的步驟。
37.權(quán)利要求31的方法，其中納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率突增界限值低于含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。
38.權(quán)利要求31的方法，其中納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱率突增界限值低于含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。
39.權(quán)利要求31的方法，其中主體基質(zhì)材料包括熱塑性聚合物或者其單體，或者熱固性聚合物或者其單體，或者其結(jié)合。
40.權(quán)利要求31的方法，其中主體基質(zhì)是聚合物基質(zhì)和聚合物基質(zhì)包括無(wú)機(jī)聚合物基質(zhì)。
41.權(quán)利要求40的方法，其中無(wú)機(jī)聚合物基質(zhì)包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚碳硅烷、聚鍺烷、聚錫烷、聚磷腈或其結(jié)合。
42.權(quán)利要求31的方法，其中主體基質(zhì)包括含下述的主體聚合物基質(zhì)材料尼龍、聚乙烯、聚異戊二烯、sbs橡膠、聚二環(huán)戊二烯、聚四氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚硅氧烷、芳族聚酰胺、纖維素、人造絲、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、碳纖維、聚異丁烯、聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚(亞芳基亞乙炔基)、聚(亞苯基亞乙炔基)、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚亞苯基、乙烯乙烯基醇、氟塑料、離聚物、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚丁烯、聚乙烯、聚乙烯氯化物、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺、聚芳基醚酮、聚碳酸酯、聚酮、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚鄰苯二甲酰胺、聚砜、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、環(huán)氧樹(shù)脂、或聚氨酯，或其單體，或其結(jié)合。
43.權(quán)利要求42的方法，其中主體聚合物基質(zhì)材料包括聚苯乙烯或其單體。
44.權(quán)利要求42的方法，其中主體聚合物基質(zhì)材料包括聚亞苯基或其單體。
45.權(quán)利要求42的方法，其中主體聚合物基質(zhì)材料包括聚碳酸酯或其單體。
46.權(quán)利要求42的方法，其中主體聚合物基質(zhì)材料包括氟塑料，和氟塑料包括聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烴、一氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯或乙烯四氟乙烯或其單體或其結(jié)合。
47.權(quán)利要求31的方法，其中官能化、增溶納米材料包括官能化、增溶的單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納米顆粒、碳納米片材、碳納米纖維、碳納米繩、碳納米帶、碳納米微絲、碳納米針、碳納米角狀物、碳納米錐體、碳納米卷狀物、碳納米點(diǎn)或其結(jié)合。
48.權(quán)利要求31的方法，其中官能化、增溶納米材料包括官能化、增溶的單壁氮化硼納米管、多壁氮化硼納米管、氮化硼納米顆粒、氮化硼納米片材、氮化硼納米纖維、氮化硼納米繩、氮化硼納米帶、氮化硼納米微絲、氮化硼納米針、氮化硼納米角狀物、氮化硼納米錐體、氮化硼納米卷狀物、氮化硼納米點(diǎn)或其結(jié)合。
49.權(quán)利要求31的方法，其中官能化、增溶納米材料包括官能化、增溶的石墨納米小片、官能化且增溶的富勒烯材料或其結(jié)合。
50.權(quán)利要求31的方法，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或體積。
51.權(quán)利要求31的方法，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或體積。
52.權(quán)利要求31的方法，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.1％且小于或等于10.0％重量或體積。
53.權(quán)利要求31的方法，其中官能化、增溶納米材料是第一填料和分散進(jìn)一步包括在主體基質(zhì)材料內(nèi)分散第二填料，形成復(fù)雜納米復(fù)合材料，其中第二填料包括連續(xù)纖維、不連續(xù)纖維、納米顆粒、微粒、大顆?；蚱浣Y(jié)合，和其中第二填料不同于官能化、增溶納米材料。
54.權(quán)利要求34的方法，其中第一主體聚合物基質(zhì)是環(huán)氧聚合物和第二主體聚合物基質(zhì)是聚碳酸酯聚合物。
55.通過(guò)權(quán)利要求31的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
56.通過(guò)權(quán)利要求34的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
57.通過(guò)權(quán)利要求53的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
58.一種納米復(fù)合材料，它包括聚合物基質(zhì)或非聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)，其中聚合物基質(zhì)不同于聚苯乙烯和聚碳酸酯，和分散在該主體基質(zhì)內(nèi)的官能化、增溶的納米材料，其中與含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有提高的機(jī)械性能。
59.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中主體基質(zhì)是聚合物基質(zhì)和聚合物基質(zhì)包括熱塑性聚合物、熱固性聚合物或其結(jié)合。
60.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中主體基質(zhì)是聚合物基質(zhì)和聚合物基質(zhì)包括無(wú)機(jī)聚合物基質(zhì)。
61.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中主體基質(zhì)是聚合物基質(zhì)和主體聚合物基質(zhì)包括尼龍、聚乙烯、聚異戊二烯、sbs橡膠、聚二環(huán)戊二烯、聚四氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚硅氧烷、芳族聚酰胺、纖維素、人造絲、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、碳纖維、聚異丁烯、聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚(亞芳基亞乙炔基)、聚(亞苯基亞乙炔基)、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚亞苯基、乙烯乙烯基醇、氟塑料、離聚物、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚丁烯、聚乙烯、聚乙烯氯化物、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺、聚芳基醚酮、聚酮、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚鄰苯二甲酰胺、聚砜、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯或其結(jié)合。
62.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中主體聚合物基質(zhì)包括聚亞苯基。
63.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中主體聚合物基質(zhì)包括氟塑料，和氟塑料包括聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烴、一氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯、乙烯四氟乙烯或其結(jié)合。
64.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中主體基質(zhì)是第一主體聚合物基質(zhì)和納米復(fù)合材料進(jìn)一步包括第二主體聚合物基質(zhì)，其中官能化、增溶納米材料分散在第一和第二主體聚合物基質(zhì)內(nèi)，和其中與含所述第一和第二主體聚合物基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有提高的機(jī)械性能。
65.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料包括官能化且增溶的單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納米顆粒、碳納米片材、碳納米纖維、碳納米繩、碳納米帶、碳納米微絲、碳納米針、碳納米角狀物、碳納米錐體、碳納米卷狀物、碳納米點(diǎn)或其結(jié)合。
66.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料包括官能化且增溶的單壁氮化硼納米管、多壁氮化硼納米管、氮化硼納米顆粒、氮化硼納米片材、氮化硼納米纖維、氮化硼納米繩、氮化硼納米帶、氮化硼納米微絲、氮化硼納米針、氮化硼納米角狀物、氮化硼納米錐體、氮化硼納米卷狀物、氮化硼納米點(diǎn)或其結(jié)合。
67.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料包括官能化且增溶的石墨納米小片、官能化且增溶的富勒烯材料或其結(jié)合。
68.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或體積。
69.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或體積。
70.權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料是第一填料和納米復(fù)合材料進(jìn)一步包括第二填料以形成復(fù)雜納米復(fù)合材料，其中第二填料包括連續(xù)纖維、不連續(xù)纖維、納米顆粒、微粒、大顆?；蚱浣Y(jié)合，和第二填料不同于官能化、增溶納米材料。
71.一種納米復(fù)合材料，它包括聚苯乙烯，和分散在該聚苯乙烯內(nèi)的官能化、增溶納米材料，其中與含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有提高的機(jī)械性能。
72.權(quán)利要求71的納米復(fù)合材料，其中聚苯乙烯是第一主體聚合物基質(zhì)和納米復(fù)合材料進(jìn)一步包括第二主體聚合物基質(zhì)，其中官能化、增溶納米材料分散在第一和第二基質(zhì)聚合物基質(zhì)內(nèi)，和其中與含所述第一和第二基質(zhì)聚合物基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有提高的機(jī)械性能。
73.權(quán)利要求71的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料包括官能化且增溶的單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納米顆粒、碳納米片材、碳納米纖維、碳納米繩、碳納米帶、碳納米微絲、碳納米針、碳納米角狀物、碳納米錐體、碳納米卷狀物、碳納米點(diǎn)或其結(jié)合。
74.權(quán)利要求71的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或體積。
75.權(quán)利要求71的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或體積。
76.一種納米復(fù)合材料，它包括包括第一聚合物基質(zhì)和第二聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)，其中第一聚合物基質(zhì)是聚碳酸酯，和分散在該主體基質(zhì)內(nèi)的官能化、增溶納米材料，其中與含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有提高的機(jī)械性能。
77.權(quán)利要求76的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料包括官能化且增溶的單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納米顆粒、碳納米片材、碳納米纖維、碳納米繩、碳納米帶、碳納米微絲、碳納米針、碳納米角狀物、碳納米錐體、碳納米卷狀物、碳納米點(diǎn)或其結(jié)合。
78.權(quán)利要求76的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或體積。
79.權(quán)利要求76的納米復(fù)合材料，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或體積。
80.權(quán)利要求76的納米復(fù)合材料，其中納米復(fù)合材料中的官能化、增溶納米材料是第一填料，和該納米復(fù)合材料進(jìn)一步包括第二填料，以形成復(fù)雜的納米復(fù)合材料，其中第二填料包括連續(xù)纖維、不連續(xù)纖維、納米顆粒、微粒、大顆?；蚱浣Y(jié)合，和第二填料不同于官能化、增溶納米材料。
81.一種制造制品，它包括權(quán)利要求58的納米復(fù)合材料。
82.一種制造制品，它包括權(quán)利要求60的納米復(fù)合材料。
83.一種制造制品，它包括權(quán)利要求61的納米復(fù)合材料。
84.一種改進(jìn)包括聚合物基質(zhì)或非聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)的機(jī)械性能的方法，其中該主體基質(zhì)不同于聚苯乙烯或聚碳酸酯，該方法包括在主體基質(zhì)材料內(nèi)分散官能化、增溶的納米材料，形成納米復(fù)合材料，其中與含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有改進(jìn)的機(jī)械性能。
85.權(quán)利要求84的方法，其中主體基質(zhì)材料是主體基質(zhì)。
86.權(quán)利要求84的方法，其中主體基質(zhì)材料包括主體基質(zhì)的單體，和該方法進(jìn)一步包括在官能化、增溶納米材料存在下聚合主體基質(zhì)材料的步驟。
87.權(quán)利要求84的方法，其中主體基質(zhì)是第一主體聚合物基質(zhì)，和該方法進(jìn)一步包括分散第二主體聚合物基質(zhì)材料與官能化、增溶的納米材料以及第一主體聚合物基質(zhì)材料，形成含第一主體聚合物基質(zhì)和第二主體聚合物基質(zhì)的納米復(fù)合材料，其中與含所述第一和第二基質(zhì)聚合物基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有改進(jìn)的機(jī)械性能。
88.權(quán)利要求87的方法，其中第一主體聚合物基質(zhì)材料是第一主體聚合物基質(zhì)。
89.權(quán)利要求87的方法，其中第一主體聚合物基質(zhì)材料包括第一主體聚合物基質(zhì)材料的單體，和該方法進(jìn)一步包括在官能化、增溶納米材料存在下聚合主體聚合物基質(zhì)材料的步驟。
90.權(quán)利要求84的方法，其中主體聚合物基質(zhì)材料包括熱塑性聚合物或其單體，熱固性聚合物樹(shù)脂或其單體，或其結(jié)合。
91.權(quán)利要求84的方法，其中主體基質(zhì)是聚合物基質(zhì)，和該聚合物基質(zhì)包括無(wú)機(jī)聚合物基質(zhì)。
92.權(quán)利要求91的方法，其中無(wú)機(jī)聚合物基質(zhì)包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚碳硅烷、聚鍺烷、聚錫烷、聚磷腈或其結(jié)合。
93.權(quán)利要求84的方法，其中主體基質(zhì)包括主體聚合物基質(zhì)材料，所述主體聚合物基質(zhì)材料包括尼龍、聚乙烯、聚異戊二烯、sbs橡膠、聚二環(huán)戊二烯、聚四氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚硅氧烷、芳族聚酰胺、纖維素、人造絲、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、碳纖維、聚異丁烯、聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚(亞芳基亞乙炔基)、聚(亞苯基亞乙炔基)、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚亞苯基、乙烯乙烯基醇、氟塑料、離聚物、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚丁烯、聚乙烯、聚乙烯氯化物、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亞胺、聚芳基醚酮、聚酮、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚酰亞胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚鄰苯二甲酰胺、聚砜、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、環(huán)氧樹(shù)脂或聚氨酯或其單體或其結(jié)合。
94.權(quán)利要求93的方法，其中主體聚合物基質(zhì)材料包括聚亞苯基或其單體。
95.權(quán)利要求93的方法，其中主體聚合物基質(zhì)材料包括氟塑料，和該氟塑料包括聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烴、一氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯、乙烯四氟乙烯、或其單體、或其結(jié)合。
96.權(quán)利要求84的方法，其中官能化、增溶納米材料包括官能化、增溶的單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納米顆粒、碳納米片材、碳納米纖維、碳納米繩、碳納米帶、碳納米微絲、碳納米針、碳納米角狀物、碳納米錐體、碳納米卷狀物、碳納米點(diǎn)或其結(jié)合。
97.權(quán)利要求84的方法，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或體積。
98.權(quán)利要求84的方法，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或體積。
99.權(quán)利要求84的方法，其中官能化、增溶納米材料是第一填料，和分散進(jìn)一步包括在主體基質(zhì)材料內(nèi)分散第二填料，形成復(fù)雜納米復(fù)合材料，其中第二填料包括連續(xù)纖維、不連續(xù)纖維、納米顆粒、微粒、大顆?；蚱浣Y(jié)合，和其中第二填料不同于官能化、增溶納米材料。
100.通過(guò)權(quán)利要求84的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
101.通過(guò)權(quán)利要求87的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
102.通過(guò)權(quán)利要求99的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
103.一種改進(jìn)聚苯乙烯機(jī)械性能的方法，該方法包括在苯乙烯聚合物材料內(nèi)分散官能化、增溶納米材料，形成納米復(fù)合材料，其中與含所述聚苯乙烯和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有改進(jìn)的機(jī)械性能。
104.權(quán)利要求103的方法，其中苯乙烯聚合物材料是聚苯乙烯。
105.權(quán)利要求103的方法，其中苯乙烯聚合物材料包括聚苯乙烯單體，和該方法進(jìn)一步包括在官能化、增溶納米材料存在下聚合該材料的步驟。
106.權(quán)利要求103的方法，其中苯乙烯是第一主體聚合物基質(zhì)，和該方法進(jìn)一步包括分散第二主體聚合物基質(zhì)材料與官能化、增溶納米材料以及第一主體聚合物基質(zhì)材料，形成含第一主體聚合物基質(zhì)和第二主體聚合物基質(zhì)的納米復(fù)合材料，其中與含所述第一和第二主體聚合物基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有改進(jìn)的機(jī)械性能。
107.權(quán)利要求103的方法，其中官能化、增溶納米材料包括官能化、增溶的單壁碳納米管、多壁碳納米管、碳納米顆粒、碳納米片材、碳納米纖維、碳納米繩、碳納米帶、碳納米微絲、碳納米針、碳納米角狀物、碳納米錐體、碳納米卷狀物、碳納米點(diǎn)或其結(jié)合。
108.權(quán)利要求103的方法，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或體積。
109.權(quán)利要求103的方法，其中官能化、增溶納米材料用量占納米復(fù)合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或體積。
110.權(quán)利要求103的方法，其中官能化、增溶納米材料是第一填料，和分散進(jìn)一步包括在主體基質(zhì)材料內(nèi)分散第二填料，形成復(fù)雜納米復(fù)合材料，其中第二填料包括連續(xù)纖維、不連續(xù)纖維、納米顆粒、微粒、大顆粒或其結(jié)合，和其中第二填料不同于官能化、增溶納米材料。
111.通過(guò)權(quán)利要求103的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
112.通過(guò)權(quán)利要求110的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
113.一種改進(jìn)包括第一聚合物基質(zhì)和第二聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)的機(jī)械性能的方法，其中第一聚合物基質(zhì)是聚碳酸酯，該方法包括在主體聚合物材料內(nèi)分散官能化、增溶的納米材料，形成納米復(fù)合材料，其中與含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有改進(jìn)的機(jī)械性能。
114.權(quán)利要求113的方法，其中官能化、增溶納米材料是第一填料，和分散進(jìn)一步包括在主體基質(zhì)材料內(nèi)分散第二填料，形成復(fù)雜納米復(fù)合材料，其中第二填料包括連續(xù)纖維、不連續(xù)纖維、納米顆粒、微粒、大顆?；蚱浣Y(jié)合，和其中第二填料不同于官能化、增溶納米材料。
115.通過(guò)權(quán)利要求113的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
116.通過(guò)權(quán)利要求114的方法生產(chǎn)的產(chǎn)品。
117.一種制造制品，它包括權(quán)利要求64的納米復(fù)合材料。
118.一種制造制品，它包括權(quán)利要求65的納米復(fù)合材料。
119.一種制造制品，它包括權(quán)利要求70的納米復(fù)合材料。
120.一種制造制品，它包括權(quán)利要求71的納米復(fù)合材料。
121.一種制造制品，它包括權(quán)利要求76的納米復(fù)合材料。
122.一種納米復(fù)合材料，它包括包括非聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)，和分散在主體基質(zhì)內(nèi)的官能化、增溶納米材料，其中該納米復(fù)合材料的導(dǎo)電率突增界限值或者導(dǎo)熱率突增界限值低于含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料。
123.權(quán)利要求122的納米復(fù)合材料，其中非聚合物基質(zhì)包括陶瓷基質(zhì)。
124.權(quán)利要求122的納米復(fù)合材料，其中非聚合物基質(zhì)包括金屬基質(zhì)。
125.一種納米復(fù)合材料，它包括包括非聚合物基質(zhì)的主體基質(zhì)，和分散在主體基質(zhì)內(nèi)的官能化、增溶納米材料，其中與含所述主體基質(zhì)和除了所述官能化、增溶納米材料以外的納米材料的納米復(fù)合材料相比，該納米復(fù)合材料具有提高的機(jī)械性能。
126.權(quán)利要求125的納米復(fù)合材料，其中非聚合物基質(zhì)包括陶瓷基質(zhì)。
127.權(quán)利要求125的納米復(fù)合材料，其中非聚合物基質(zhì)包括金屬基質(zhì)。
128.一種制造制品，它包括權(quán)利要求122的納米復(fù)合材料。
129.一種制造制品，它包括權(quán)利要求125的納米復(fù)合材料。
全文摘要
提供導(dǎo)電率突增界限值低、導(dǎo)熱率突增界限值低或機(jī)械性能改進(jìn)的納米復(fù)合材料用于電、熱和機(jī)械應(yīng)用。
文檔編號(hào)C08K7/24GK1813023SQ200480018160
公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2004年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月22日
發(fā)明者陳健, R·拉亞格帕爾 申請(qǐng)人:塞威公司