本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料制備及應(yīng)用領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于分形維數(shù)的碳納米管分散狀態(tài)的數(shù)值化表征方法，其能夠利用分形維數(shù)來對碳納米管的分散狀態(tài)進行準(zhǔn)確、定量的評估。

背景技術(shù)：
碳納米管具有優(yōu)異的電學(xué)，力學(xué)性能，因此其常用作填充材料被廣泛應(yīng)用于復(fù)合材料領(lǐng)域，用于增強材料的電學(xué)，力學(xué)性能等。在復(fù)合材料的制備過程中，碳納米管的分散狀態(tài)作為一個關(guān)鍵因素，直接影響了材料的最終性能。自從1993年Ajayan利用超聲法第一次制備出碳納米管復(fù)合材料以來，研究者們不斷地尋找各種方法對分散體系中碳納米管的分散狀態(tài)進行表征。目前，主要的表征方法依據(jù)機理不同可分為形貌法和光譜法。形貌法是通過光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡直接對分散體系中碳納米管的結(jié)構(gòu)形貌進行表征，進而對碳納米管的分散狀態(tài)進行評估；光譜法是通過紫外-可見光譜對分散體系懸浮液中碳納米管數(shù)量進行評價，然后通過樣品間的對比實現(xiàn)對碳納米管分散狀態(tài)的評估。對比上述兩種方法，光譜法由于只能對分散體系懸浮液中碳納米管的數(shù)量進行評估，而不能說明碳納米管團聚體的尺寸和形貌信息，因此，這種方法在評估碳納米管的分散狀態(tài)時存在很大的不足。形貌法能夠反映分散體系中碳納米管團聚體的解纏情況和尺寸變化情況，因此能夠?qū)μ技{米管的分散狀態(tài)進行比較全面的表征和評價，但這種方法的局限性在于只能定性的描述碳納米管的分散狀態(tài)，這使得形貌法在評估碳納米管分散狀態(tài)時也存在一定的不足。近年來，利用形貌法對碳納米管的分散狀態(tài)進行表征，然后將獲取的圖片進行數(shù)值化處理的表征手段越來越受到研究者重視。對圖片進行數(shù)值化處理，能夠?qū)⑻技{米管分散狀態(tài)中所包含的豐富信息(如濃度，碳納米管直徑，碳納米管長度，分散條件)用一個數(shù)值來表達(dá)，從而實現(xiàn)對碳納米管分散狀態(tài)的定量化評價。文獻Carbon,2011,49(4):1473-1478發(fā)表了利用位置隨機性指數(shù)來表征掃描電鏡圖片中碳納米管分散狀態(tài)的方法，位置隨機性指數(shù)越小，相鄰碳納米管團聚在一起幾率越小，碳納米管分散狀態(tài)越好。但此種方法的計算思想是基于納米顆粒分散體系，沒有考慮碳納米管的納米纖維特征，因此用該方法計算得到的數(shù)值來評估碳納米管的分散狀態(tài)具有很大的局限性。針對上述技術(shù)問題，目前還沒有看到一套精確、有效、方便的碳納米管的分散狀態(tài)數(shù)值化表征方法，如何解決上述技術(shù)難點，設(shè)計一套行而有效的表征方法，實現(xiàn)數(shù)值表征結(jié)果與實際分散狀態(tài)的無限接近，是本發(fā)明要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于分形維數(shù)的碳納米管分散狀態(tài)數(shù)值化表征方法，其目的在于利用分形維數(shù)來對碳納米管的分散狀態(tài)進行準(zhǔn)確的，定量的評估，從而在復(fù)合材料的制備過程中，實現(xiàn)對其性能的調(diào)控和預(yù)測。為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種掃描電鏡圖片中分形維數(shù)的計算方法，其特征在于，其采用盒子算法，該盒子算法公式如下：其中，δi為盒子的側(cè)邊尺寸，Ni為用側(cè)邊尺寸是δi的盒子覆蓋處理后圖片中碳納米管或者團聚體邊界輪廓所占據(jù)區(qū)域的盒子總數(shù)，D為分形維數(shù)。優(yōu)選地，所述δi的尺寸在一張圖片中的最小尺寸為一個像素點所代表的長度，最大尺寸為圖片的橫向或縱向像素點總數(shù)所代表的長度。優(yōu)選地，對于一張圖片來講，一個像素點所代表的長度在0.34nm至100nm之間，以使最小尺寸的盒子在覆蓋邊界輪廓時，既能夠體現(xiàn)碳納米管的納米尺寸效應(yīng)，又不至于反映出碳納米管的內(nèi)部管壁結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，掃描電鏡圖片為二維尺度下的圖片，因此計算獲得的分形維數(shù)值在1.0-2.0之間。按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種基于分形維數(shù)的碳納米管分散狀態(tài)的數(shù)值化表征方法，包括以下步驟：(1)采用不同的分散條件分散碳納米管，獲得多樣的碳納米管分散狀態(tài)，然后將其稀釋處理得到樣品液；(2)取一定量上述稀釋過的樣品液于干凈的硅片上，待溶劑完全揮發(fā)后，利用掃描電鏡采集硅片上碳納米管的圖像；(3)將掃描電鏡獲取的圖像進行二值化黑白處理，然后提取圖像中單根碳納米管或者碳納米管團聚體的邊界輪廓；(4)通過不斷改變圖片中覆蓋碳納米管邊界輪廓的盒子的尺寸δi，獲取一系列相應(yīng)的盒子數(shù)Ni，采用上述計算方法，計算經(jīng)過處理后圖像的分形維數(shù)，實現(xiàn)對碳納米管分散狀態(tài)的定量化表征。進一步優(yōu)選地，所述步驟(1)中，采用不同的分散條件分散碳納米管的步驟如下，首先稱取不同量的碳納米管，分別將其加入到一定體積的有機溶劑中，配制成不同濃度的前驅(qū)液，然后采用具有不同分散機理的分散方法，通過調(diào)節(jié)分散時間，分散功率，獲得多樣化的碳納米管分散狀態(tài)。優(yōu)選地，所述步驟(1)中碳納米管分散液的稀釋倍數(shù)為100倍。優(yōu)選地，所述步驟(2)中溶劑揮發(fā)采用室溫?fù)]發(fā)。優(yōu)選地，所述步驟(2)中在用掃描電鏡采集圖像前，樣品要經(jīng)過噴金處理，噴金時間為80秒。優(yōu)選地，所述步驟(3)中圖片在處理過程中要除去圖片中的噪聲。具體地，步驟(1)中不同的分散條件應(yīng)涉及到不同的分散方法(或不同的分散機理)，不同的分散時間，不同的分散功率，不同的分散濃度等變量因素。并且碳納米管分散液的稀釋倍數(shù)為100倍。步驟(2)中不同的稀釋過的碳納米管分散液在取一定量于硅片上時，應(yīng)保證所提取的分散液量是相同的。并且在進行掃描電鏡測試時，獲取的碳納米管掃描電鏡圖片應(yīng)當(dāng)具有相同的放大倍數(shù)，相同的標(biāo)尺。步驟(3)圖片中單根碳納米管或者碳納米管團聚體的邊界輪廓提取應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確，排除碳納米管團聚體內(nèi)部邊界輪廓的干擾。由此計算得到的分形維數(shù)，是對碳納米管分散狀態(tài)中豐富信息的定量化描述。按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種碳納米管分散狀態(tài)數(shù)值化表征方法在復(fù)合材料電學(xué)性能調(diào)控和預(yù)測中的應(yīng)用?？傮w而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上...