碳纳米管吸波材料的研究现状与展望
3海南省自然基金(80628)资助;海南大学科研基金资助项目(Kyjj0419) 王生浩:男,1984年生,研究方向为吸波材料 文峰:通讯作者,男,博士,副教授 E 2mail :fwen323@1631com
碳纳米管吸波材料的研究现状与展望3
王生浩,文 峰,李 志,郝万军,曹 阳
(热带生物资源教育部重点实验室;海南大学理工学院材料科学系,海口570228)
摘要 碳纳米管因其独特的物理和化学性能10多年来一直备受关注,已有研究将其运用于军事科技领域,如
吸波材料,但目前国内关于此类研究的报道还不多。较为全面地总结了近年来国内外对碳纳米管作为吸波材料的研究成果及其目前的研究现状,即简述碳纳米管的吸波机理;详细介绍碳纳米管薄膜、活性碳纳米管、磁性金属(合金)/碳纳米管、碳纳米管/聚合物基复合吸波材料的研究现状;展望未来吸波材料的发展方向。
关键词 碳纳米管 吸波材料 吸波性能 复合
The R esearch Status and Prospect of Electromagnetic W ave 2
absorbing C arbon N anotubes
WAN G Shenghao ,WEN Feng ,L I Zhi ,HAO Wanjun ,CAO Yang
(Key Laboratory of Tropical Biological Resources of Chinese Education Ministry ,Department of Materids Science ,
School of Science and Engineering ,Hainan University ,Haikou 570228)
Abstract Carbon nanotubes (CN Ts )have been given great attention due to its unique physical and chemical
properties.There are some researches about CN Ts which have been applied in military science and technology ,for ex 2ample as electromagnetic wave absorbing materials (EAM ),but few papers reports this kind of research.In this pa 2per ,the research results and present status of CN Ts as EAM are summarized in general by three parts.①the wave ab 2sorbing mechanism of the CN Ts ,②the present research status of the materials ,including thin film of CN Ts ,activated CN Ts ,metal 2coated CN Ts ,and CN Ts/Polymer composite EAM ,③the f uture prospect of EAM.
K ey w ords carbon nanotubes (CN Ts ),electromagnetic wave absorbing materials (EAM ),electromagnetic
wave absorbing properties ,composite
0 引言
随着电子技术的发展,电磁辐射成为新的社会公害[1],尤其是射频电磁波和微波辐射已经成为又一大环境污染。电磁辐射不仅会干扰电子仪器、设备的正常工作[2～4],而且还会影响人类的身体健康[5～8]。军事上,随着探测技术的发展,在战争中实现目标隐身对提高武器系统的生存和突防打击能力有着深刻的意义[9～11]。解决电磁辐射污染和实现目标隐身的最有效方法是采用吸波材料(Electromagnetic Wave Absorbing Materials ,EAM )。作为环境科学与军事尖端技术的组成部分,电磁波吸收材料的研究已成为一个重要的科研领域。吸波材料要求吸收强、频带宽、比重小、厚度薄、环境稳定性好,而传统的吸波材料很难满足上述综合要求,出现的问题是吸收频带单一、比重大、吸收不强等,纳米技术的发展为吸波材料开拓了一个新的研究领域。纳米吸波材料具有吸收强、频带兼容性好、材料轻、性能稳定等优点,是一类新型的吸波材料。
自1991年日本N EC 公司的电镜专家S.Iijima 发现碳纳米管(Carbon Nanotubes ,CN Ts )[12]以来,CN Ts 以其独特的结构、优良的物理、化学性质和机械性能引起了世界各国科学家的广泛关注,成为物理、化学和材料科学领域的研究重点和热点。近
年来对碳纳米管复合材料的合成和应用研究是纳米科技领域的
热点之一,但有关该类材料应用于电磁波吸收材料的研究报道还很少。有关微波与吸波材料相互作用的基础理论文献[13]已有较详细的论述,本文不再赘述。本文对目前碳纳米管吸波材料的研究现状进行了论述,并针对目前存在的问题提出了相应的解决思路。
1 碳纳米管的吸波机理
碳纳米管是一维纳米材料,纳米粒子的小尺寸效应、量子尺寸效应和表面界面效应等使其具有奇特的光、电、磁、声等性质,从而使得碳纳米管的性质不同于一般的宏观材料。纳米粒子尺度(1～100nm )远小于红外线及雷达波波长,因此纳米微粒材料对红外及微波的吸收性较常规材料强。随着尺寸的减小,纳米微粒材料具有比常规粗粉体材料大3～4个数量级的高比表面积,随着表面原子比例的升高,晶体缺陷增加、悬挂键增多,容易形成界面电极极化,高的比表面积又会造成多重散射,这是纳米材料具有吸波能力的重要机理。在原子排列较庞大的界面中及具有晶体畸变、空位等缺陷的纳米粒子内部形成的固有电矩,在微波场的作用下,由于取向极化,提高了纳米粒子的介电损耗。量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级由连续的能谱变为分裂的
能级,分裂的能级间隔正处于与微波对应的能量范围(10-2～10-5eV)内,从而导致新的吸波效应。一般认为,纳米吸波材料对电磁波能量的吸收是由晶格电场热运动引起的电子散射、杂质和晶格缺陷引起的电子散射,以及电子与电子之间的相互作用等3种效应决定的。
碳纳米管具有特殊的螺旋结构和手征性,这也是碳纳米管吸收微波的重要机理。碳纳米管具有特殊的电磁效应,表现出较强的宽带吸收性能,而且具有比重小、高温抗氧化、介电性能可调、稳定性好等优点。
2 碳纳米管吸波材料国内外研究现状
近年来国内外对碳纳米管吸波性能的研究主要集中在碳纳米管薄膜和活性碳纳米管吸波材料、磁性金属(合金)/碳纳米管复合吸波材料、碳纳米管/聚合物基复合吸波材料。
2.1 碳纳米管薄膜和活性碳纳米管吸波材料
纳米薄膜将纳米技术与薄膜技术结合起来,具有薄膜和纳米的双重性质,因而成为当前材料前沿最活跃的研究热点之一。
制备碳纳米管的方法较多,不同的方法制得的碳纳米管形貌是不同的,这与碳纳米管的生长机理有关,而表现出的吸波性能也有所不同,碳纳米管材料的吸波性能与其微观形貌、生长过程均有关系。研究表明,在Si基底上定向生长的碳纳米管基本没有吸波性能,而在Cu基底上定向生长的管径30nm、长度5μm、间距150nm的碳纳米管薄膜对红光和红外激光的吸收高达98%,对10GHz的微波有50%的吸收[14]。该材料密度小、吸收强,对微波和红外激光均能吸收,将其应用于军事上可以大幅度降低目标被微波雷达和红外激光雷达探测到的可能性,从而大大提高武器系统的灵活机动作战能力。美国专利[15]报道了在树脂中添加质量分数为1.5%、长径比大于100的碳纳米管,这种厚度为1mm、密度为1.2～1.4g/cm3的薄膜材料对20k Hz～1.5GHz的宽频电磁波具有较好的吸收,能够吸收86%的1.5GHz的电磁波。该材料在民用领域具有广阔的应用前景,可用于防止电子仪器造成的电磁辐射污染,从而净化电磁环境,保护人类的身体健康和保障电子仪器的正常工作。
对碳纳米管进行活化处理可以提高碳纳米管的吸波性能,用氢氧化钾对碳纳米管进行活化处理后,吸收频带展宽、吸收加强。活化后的碳纳米管在2～18GHz频率范围具有优异的吸波性能[16],反射率R(Reflectivity)小于-5dB的带宽达12.63GHz,小于-10dB的带宽为4.4GHz,最大吸收衰减达22.58dB。活化后碳纳米管吸波能力的明显改善是由于活化碳纳米管具有丰富的孔结构,电磁波在这些孔结构中反复地被反射、散射,从而消耗电磁波能量。
目前制备碳纳米管最主要的方法是化学气相沉积法,但是采用该法制备的碳纳米管纯度不高,存在较多的缺陷或杂质,会影响碳纳米管的性能,因此通常要将制得的碳纳米管进行纯化处理。纯化处理后的碳纳米管的电磁参数有明显的变化,用酸(H2SO4∶HNO3∶H2O=5∶3∶2,H2SO4和HNO3的浓度分别是98%和68%,均为质量分数)纯化处理后的碳纳米管,其复介电常数实部(ε′)在2～9GHz有明显的下降,在9～18GHz基本保持不变,而复介电常数虚部(ε″)在2～18GHz均有明显的下降;复磁导率的实部(μ′)在2～18GHz频段有明显的提高,虚部(μ″)基本没有变化[17]。吸波材料的吸收性能是由材料的复
介电常数(εr=ε′-jε″)和复磁导率(μr=μ′-jμ″)共同决定的,在保持阻抗匹配的前提下,电损耗角正切(tgδE=ε″/ε′)与磁损耗角正切(tgδM=μ″/μ′))的值越大,材料的吸波性能越好。纯化处理后碳纳米管电磁参数的变化使电损耗角正切与磁损耗角正切均减小,这对碳纳米管吸波材料的吸波性能是不利的。
2.2 磁性金属(合金)/碳纳米管复合吸波材料
由于碳纳米管是具有中空结构的一维材料,利用碳纳米管的毛细现象可以将某些元素填入碳纳米管内部,制成具有特殊性能的一维量子线[18～20]。而碳纳米管基本没有磁性,磁损耗也很小[21],经过碳管外磁性金属包覆或者管内部铁磁性材料的掺杂可形成碳管2磁性链复合物,既具有铁磁性,又具有导电性,可以实现通过磁损耗与电损耗多种机制来损耗电磁波能量,制得密度小、吸收强的吸波材料。
沈曾民等[22]研究了碳纳米管表面镀镍后与环氧树脂混合制成的0.97mm厚的吸波涂层,其吸收性能见表1。研究表明,碳纳米管表面镀镍后,吸收峰值变小,但吸收峰有宽化的趋势,这种趋势对提高吸波性能是有利的。
表1 碳纳米管和镀镍碳纳米管复合涂层的吸波性能
材料
最大吸收
dB
对应频率
GHz
带宽(R<-5dB)
GHz
带宽(R<-10dB)
GHz
未镀镍碳纳米管22.8911.40 4.70 3.00
镀镍碳纳米管11.8514.00 4.60 2.23在碳纳米管表面包覆Ni2P、Ni2N合金也可以改善碳纳米管的吸波性能[23],原因是改变了碳纳米管的磁性能,提高了磁损耗。毕红等[24]制备了表面镀钴的多壁碳纳米管,将其均匀分散在环氧树脂基体中固化成膜,膜厚为2.0mm,最大吸收峰出现在16.4GHz,峰值为-30dB,而未镀钴的碳纳米管/环氧树脂基复合材料的吸收峰在11.4GHz,峰值为-28dB。结果表明,镀钴碳纳米管复合材料的吸收峰向高频方向移动,吸收强度略有增加,但吸收频带并没有变宽,这与文献[22]中镀镍碳纳米管复合材料的吸收峰值变小、吸收峰宽化的结果有较大差异。其原因可能是由钴与镍的磁饱和强度不同(分别为1.4×107A/m、4.85×105A/m)、居里温度不同(分别为1395K、631K)造成的,具体原因还在研究中。目前,在碳纳米管内径的填充量还比较低,在碳纳米管的内外表面进行磁性金属(合金)填充或者包覆还有待进一步的研究。
羰基铁粉是常用的磁损耗型微波吸收剂,具有吸收强的优点,但缺点是密度大,而吸波材料要求在满足吸波性能的条件下材料的比重尽量小。将羰基铁粉与碳纳米管复合可以发挥各自的优点,通过多种吸波机制吸收电磁波会产生复合效应,达到密度小、高效吸收的效果。赵樱等[25,26]研究表明,碳纳米管/羰基铁粉/环氧树脂复合材料表现出优异的吸波性能,图1为碳纳米管、羰基铁粉、碳纳米管/羰基铁粉复合吸波材料的吸波曲线图。通过调控羰基铁粉与碳纳米管的含量以及控制铁粉在碳纳米管中的分布来调整电磁参数,可获得较高的损耗和有效带宽,制得不同频段的性能优良的吸波材料。图2为碳纳米管与羰基铁粉复合吸波材料的扫描电镜照片,由图可看出,碳纳米管和羰基铁粉在基体中分散较均匀。碳纳米管作为偶极子在电场作用下产生耗散电流而消耗电磁波,以及瑞利散射和界面极化是羰基铁
粉/碳纳米管复合材料的主要吸波机理。Shen 等[27]制备了纳米铁包覆双壁碳纳米管的一维纳米复合物,在2GHz ,复合物的电
磁参数μ′、μ″、ε′、ε″分别为2.64、1.63、12、2.04,复介电常数和复磁导率具有很好的匹配性,可用作吸波材料。韩国与日本科学
家共同研制成功了α2Fe/CN Ts 薄膜材料[28],波导法吸波性能测试表明:材料在20GHz 的信号衰减为10～18dB/cm ,损耗达65%～85%,可用于有效防止电磁噪声,保护环境。碳纳米管/羰基铁粉复合吸波材料具有很好的开发前景
。
图1 碳纳米管吸波材料(a)、羰基铁粉吸波材料(b)以及碳纳米管/羰基铁粉吸波材料(c)的R ～f
曲线
图2 碳纳米管/羰基铁粉复合吸波材料的SEM 照片
2.3 碳纳米管/聚合物基复合吸波材料
碳纳米管具有优良的导电性能[29,30],引入聚合物中可以形成导电网络,从而制得宽频吸波材料。碳纳米管/聚合物基复合材料是一类新型的结构和功能材料。由于碳纳米管具有极好的力学性能,将其与聚合物复合可以实现组元材料的优势互补和加强,最经济有效地利用碳纳米管的独特性能,制得既具有吸波能力、又具有承载能力的结构型吸波材料,集吸波、承载于一体,可有效提高材料的综合性能。
2.3.1 碳纳米管/聚苯胺复合吸波材料
导电聚苯胺是目前研究最多、发展最快的导电高聚物之一,其环境稳定性好、合成简单、密度小,通过掺杂电导率可实现从绝缘态到半导体态到金属态的转变,并可在较宽范围内调节电磁参数,具有优良的电磁微波吸收性能[31,32]。将碳纳米管与聚苯胺复合可以提高材料的吸波性能。毕红等[33]合成了聚苯胺包覆的多壁碳纳米管,在其表面镀钴制备了聚苯胺/碳纳米管/钴复合物,将其与环氧树脂复合制得的4mm 厚的材料在微波高频区域具有很好的吸波性能,其吸波机理还在进一步研究中。研究表明,碳纳米管掺杂或者包覆聚苯胺后,电损耗角正切与磁损耗角正切均有一定的提高
[33,34],表明材料的吸波性能提高了。赵东林等[35]制备了碳纳米管/聚苯胺一维纳米复合管,其外径为50～80nm ,聚苯胺包覆层的厚度为20～30nm ,与纯碳纳
米管相比,复合管的ε′和ε″在2～18GHz 随频率变化较小,在低频段介电常数值较小,作为微波吸收剂容易实现与自由空间的阻抗匹配,且其电损耗角正切较高,是一种很好的微波吸收剂。聚苯胺包覆或者掺杂碳纳米管是一种很有发展前景的新型吸波材料,有待进一步的研究与开发。
2.3.2 碳纳米管/环氧树脂复合吸波材料
双频吸收是吸波材料研制的一个难点,双频、甚至更多频吸收是吸波材料所追求的。孙晓刚[36]研究了碳纳米管/环氧树脂
复合材料的吸波性能,将制备的管径为10～30nm 、长度>1
μm 的碳纳米管与环氧树脂以质量比为8∶100的比例复合后,浇铸在180mm ×180mm ×1.2mm 的铝板上,当吸波涂层厚度为7mm 时,材料具有良好的吸波性能:在2～18GHz 出现双吸收峰,吸收峰出现在10.08GHz 和16.80GHz ,对应的吸收衰减分别高达21.08dB 和20.20dB ,总带宽分别达到5.46GHz (R <-8dB )和11.20GHz (R <-5dB )。美国密执安州立大学的戴维?托姆尼克将具有细小筛孔的碳纳米管,固定在一层薄的环氧树脂基体中,制成了具有高度导电性和吸收雷达波的复合材料板,并用它制成了隐形飞机的蒙皮,可防止隐形飞机遭受雷电袭击。
2.3.3 碳纳米管/聚酯复合吸波材料
曹茂盛等[37]研究了添加质量分数为8%CN Ts 的聚酯基复合材料的吸波性能(见表2)。
表2 CNTs/聚酯基复合材料吸波性能
厚度
mm
频率范围GHz
最大衰减dB
带宽(R <-5dB )
GHz
1.807.5～1813.045.507.5～1814.0101.40
8.0～40
7.5
15
研究结果表明,添加CN Ts 的聚酯基复合材料的吸收频带较宽。根据手征电磁理论,碳纳米管的本征手性模型和螺旋结构模型会产生毫米波段或厘米波段的吸收,因此碳纳米管/聚酯基复合有望制成既吸收厘米波又吸收毫米波的宽频吸波材料。韩国先进科学与技术研究所最近研制成功了一种三层夹芯结构的吸波材料[38]。夹芯层是由聚亚胺酯与双壁碳纳米管复合而成的泡沫结构,表层是由炭黑/玻璃纤维/环氧树脂复合而成(见图3)。炭黑是电损耗型吸收剂,碳纳米管优良的导电性、比表面效应、小尺寸效应以及多层结构导致该材料具有优良的吸波性能,在X 波段,R <-10dB 的带宽为1.4GHz ,最大吸收为28dB 。由此可见,多层吸波材料可设计的自由度更大,在各层可设计不同的吸波材料,通过复合效应可增强吸收强度、降低材料比重。
图3 复合面层和泡沫芯构成的夹层结构吸波材料
2.3.4 碳纳米管/ABS 树脂基复合吸波材料
沈曾民等[39]用液相阳极氧化法对竖式炉流动法制备的碳
纳米管进行表面处理后与ABS树脂混合,经热压成型制备成180mm×180mm×2mm的CN Ts/ABS树脂基复合材料在5.39～7.19GHz范围内的R<-5dB,有一定的吸波性能,但吸收峰值不强,最大吸收为10dB。随着复合材料中碳纳米管含量的增加,吸波性能在低频区变化不大,但在高频区吸收频带有宽化的趋势。此外,碳纳米管的加入有效地提高了复合材料的力学性能,当碳纳米管在复合材料中的含量为12wt%时,材料的拉伸强度比原来提高了54.4%,杨氏模量增2加了157%。结构型吸波材料具有吸波和力学承载的双重功能,是当前隐身材料的重要研究课题。
3 展望
在碳纳米管发现后短短的10余年里,有关碳纳米管的基础理论和应用研究工作已经取得了很大的进展。我国在碳纳米管的研究上与国外相比甚至具有一定的优势,如有关纳米碳管的学术论文排在美日之后位居世界第三,1998年中科院物理所制备出了世界上最长的3mm长的超长碳纳米管阵列[40],世界上最细的碳纳米管也在2000年先后被中国的科学家制备出来[41]。但是,从目前的研究情况看,碳纳米管的生长机理还不是很明确,制得的碳纳米管的纯度不高,还无法进行大规模的生产,这是限制碳纳米管吸波材料发展的瓶颈。实现结构均匀的碳纳米管的可控生长,使其走向产业化,是急需解决的重要课题。
碳纳米管是一种崭新的电磁波吸收剂,研究前景非常广阔,其中日本在2005年的《技术战略图》[42]中提出在未来15年中机器产业用吸波材料着重要研究发展碳纳米管透明吸波材料。我国要利用在碳纳米管研究领域的优势,研制吸收强、频带宽、比重小、环境稳定性好,既能吸收米波、厘米波、毫米波又能吸收红外、激光的宽频轻质碳纳米管复合吸波材料将是我们努力的方向。对今后碳纳米管吸波材料的研究与开发应主要集中在以下几个方面:
(1)深入研究和探讨碳纳米管吸波材料的各种吸波机理,以指导高性能吸波材料的研制。
(2)加强对碳纳米管复合吸波材料的研制,主要包括碳纳米管/磁性物质、碳纳米管/介电性物质、碳纳米管/导电高聚物复合吸波材料,通过多种吸波机制来增加吸收强度、展宽吸收频带。
(3)展开对碳纳米管多层吸波材料的研究,增加电磁参数设计的自由度,以充分实现阻抗匹配与最大吸收。
(4)利用计算机辅助设计(CAD)进行模拟设计,通过对电磁参数、反射率、厚度的模拟、计算等设计最优化吸波材料,缩短研发周期。
参考文献
1张晏清,张雄.材料导报,2005,19(6):120
2Bregar V B,ΟnidarΛiˇc A,Lisjak D,et al.Materiali in Teh2 nologije,2005,39(3):89
3Morgon D.A handbook for EMC testing and measurement.
London:Ptter Peregrinus Ltd on Behalf of the Institute of Electrical Engineers,1993
4Kagotani T,Fujiwara D,Sugimoto S,et al.J Magn Magn Mater,2004,2722276:18135Taurisano M D,Vorst A V.IEEE T Microw Theory, 2000,48(11):2022
6Elwood J M.Environ Health Persp,1999,107:155
7Leszczynski D,Joenv r S,Reivinen J,et al.Differentia2 tion,2002,70(223):120
8Aitken R J,Bennetts L E,Sawyer D,et al.Int J Androl, 2005,28(3):171
9Yu X L,Lin G,Zhang D M,et al.Mater Des,2006,27
(8):700
10John D,Washington M.Aviat Week Space Techn,1988, 129(14):28
11Stonier R A.SAMPE,1991,27(4):9
12Iijma S.Nature,1991,354:56
13王丽熙,张其土.材料导报,2005,19(9):26
14朱长纯,邓宁.西安交通大学学报,2000,34(12):102
15G latkowsk Paul,Mack Patrick,Conroy J eff rey L,et al.E2 lectromagnetic shielding composite comprising nanotubes.
US Pat,2002035170.2002
16刘云芳,沈曾民,于建民.炭素,2005,121(1):3
17李聃,李泉注,隋刚,等.功能材料,2004,35(3):279
18Ajayan P M,Iijima S.Nature,1993,361:417
19Guerret2Piécourt C,Bouar Y L,Lolseau A,et al.Nature, 1994,372:761
20Ajayan P M,Stephan O,Redlich P,et al.Nature,1995, 375:564
21廖宇涛,张兴华.材料导报,2006,20(3):138
22沈曾民,赵东林.新型炭材料,2001,16(1):1
23赵东林,卢振明,沈曾民.复合材料学报,2004,21(3):54
24毕红,吴先良,李民权.宇航材料工艺,2005,(2):34
25赵樱,顾家琳,颜华,等.中国化学会第二届隐身功能材料学术研讨会论文集,2004
26赵东林,沈曾民.无机材料学报,2005,20(3):608
27Shen X,G ong R Z,Nie Y,et al.J Magn Magn Mater, 2005,288:397
28K im K H,Kim Y A,Yamaguchi M.J Magn Magn Mater, 2006,302:232
29Ebbesen T W,Lezee H J,Hiura H,et al.Nature,1996, 382:54
30Paulson S,Helser A,Nardelli M.Science,2000,290:1742 31Chandrasekhar P,Naishadham P K.Synthetic Met,1999, 105:115
32Ryu K S,K im K M,Kang S G,et al.Synthetic Met,2000, 110:213
33毕红,吴先良,李民权,等.第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ,2004
34杨杰,沈曾民,熊涛.新型炭材料,2003,18(2):95
35赵东林,曾宪伟,沈曾民.物理学报,2005,54(8):3878
36孙晓刚.人工晶体学报,2005,34(1):87
37曹茂盛,高正娟,朱静.材料工程,2003,(2):34
38Park K Y,Lee S E,Kim C G,et https://www.360docs.net/doc/0d7305871.html,pos Sci Techn, 2006,66:576
39沈曾民,杨子芹,赵东林,等.复合材料学报,2003,20(2):25 40Pan Z W,Xie S S,Chang B H,et al.Nature,1998,394: 631
41白春礼.中国的纳米科技研究.中国科技产业,2001,9:9 42N EDO.技術战略 ∞?.东京:N EDO,2005.154
碳纳米管吸波材料的研究现状与展望
3海南省自然基金(80628)资助;海南大学科研基金资助项目(Kyjj0419) 王生浩:男,1984年生,研究方向为吸波材料 文峰:通讯作者,男,博士,副教授 E 2mail :fwen323@1631com 碳纳米管吸波材料的研究现状与展望3 王生浩,文 峰,李 志,郝万军,曹 阳 (热带生物资源教育部重点实验室;海南大学理工学院材料科学系,海口570228) 摘要 碳纳米管因其独特的物理和化学性能10多年来一直备受关注,已有研究将其运用于军事科技领域,如 吸波材料,但目前国内关于此类研究的报道还不多。较为全面地总结了近年来国内外对碳纳米管作为吸波材料的研究成果及其目前的研究现状,即简述碳纳米管的吸波机理;详细介绍碳纳米管薄膜、活性碳纳米管、磁性金属(合金)/碳纳米管、碳纳米管/聚合物基复合吸波材料的研究现状;展望未来吸波材料的发展方向。 关键词 碳纳米管 吸波材料 吸波性能 复合 The R esearch Status and Prospect of Electromagnetic W ave 2 absorbing C arbon N anotubes WAN G Shenghao ,WEN Feng ,L I Zhi ,HAO Wanjun ,CAO Yang (Key Laboratory of Tropical Biological Resources of Chinese Education Ministry ,Department of Materids Science , School of Science and Engineering ,Hainan University ,Haikou 570228) Abstract Carbon nanotubes (CN Ts )have been given great attention due to its unique physical and chemical properties.There are some researches about CN Ts which have been applied in military science and technology ,for ex 2ample as electromagnetic wave absorbing materials (EAM ),but few papers reports this kind of research.In this pa 2per ,the research results and present status of CN Ts as EAM are summarized in general by three parts.①the wave ab 2sorbing mechanism of the CN Ts ,②the present research status of the materials ,including thin film of CN Ts ,activated CN Ts ,metal 2coated CN Ts ,and CN Ts/Polymer composite EAM ,③the f uture prospect of EAM. K ey w ords carbon nanotubes (CN Ts ),electromagnetic wave absorbing materials (EAM ),electromagnetic wave absorbing properties ,composite 0 引言 随着电子技术的发展,电磁辐射成为新的社会公害[1],尤其是射频电磁波和微波辐射已经成为又一大环境污染。电磁辐射不仅会干扰电子仪器、设备的正常工作[2～4],而且还会影响人类的身体健康[5～8]。军事上,随着探测技术的发展,在战争中实现目标隐身对提高武器系统的生存和突防打击能力有着深刻的意义[9～11]。解决电磁辐射污染和实现目标隐身的最有效方法是采用吸波材料(Electromagnetic Wave Absorbing Materials ,EAM )。作为环境科学与军事尖端技术的组成部分,电磁波吸收材料的研究已成为一个重要的科研领域。吸波材料要求吸收强、频带宽、比重小、厚度薄、环境稳定性好,而传统的吸波材料很难满足上述综合要求,出现的问题是吸收频带单一、比重大、吸收不强等,纳米技术的发展为吸波材料开拓了一个新的研究领域。纳米吸波材料具有吸收强、频带兼容性好、材料轻、性能稳定等优点,是一类新型的吸波材料。 自1991年日本N EC 公司的电镜专家S.Iijima 发现碳纳米管(Carbon Nanotubes ,CN Ts )[12]以来,CN Ts 以其独特的结构、优良的物理、化学性质和机械性能引起了世界各国科学家的广泛关注,成为物理、化学和材料科学领域的研究重点和热点。近 年来对碳纳米管复合材料的合成和应用研究是纳米科技领域的 热点之一,但有关该类材料应用于电磁波吸收材料的研究报道还很少。有关微波与吸波材料相互作用的基础理论文献[13]已有较详细的论述,本文不再赘述。本文对目前碳纳米管吸波材料的研究现状进行了论述,并针对目前存在的问题提出了相应的解决思路。 1 碳纳米管的吸波机理 碳纳米管是一维纳米材料,纳米粒子的小尺寸效应、量子尺寸效应和表面界面效应等使其具有奇特的光、电、磁、声等性质,从而使得碳纳米管的性质不同于一般的宏观材料。纳米粒子尺度(1～100nm )远小于红外线及雷达波波长,因此纳米微粒材料对红外及微波的吸收性较常规材料强。随着尺寸的减小,纳米微粒材料具有比常规粗粉体材料大3～4个数量级的高比表面积,随着表面原子比例的升高,晶体缺陷增加、悬挂键增多,容易形成界面电极极化,高的比表面积又会造成多重散射,这是纳米材料具有吸波能力的重要机理。在原子排列较庞大的界面中及具有晶体畸变、空位等缺陷的纳米粒子内部形成的固有电矩,在微波场的作用下,由于取向极化,提高了纳米粒子的介电损耗。量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级由连续的能谱变为分裂的
新材料行业发展趋势
新材料行业发展趋势 与传统材料相比，新材料产业具有技术高度密集，研究与开发投入高，产品的附加值高，生产与市场的国际性强，以及应用范围广，发展前景好等特点，其研发水平及产业化规模已成为衡量一个国家经济，社会发展，科技进步和国防实力的重要标志，世界各国特别是发达国家都十分重视新材料产业的发展。下面是有关于新材料行业发展趋势的分析，一起来看看。 中国新材料产业发展前景分析新材料作为二十一世纪三大关键技术之一，是高新技术发展的基础和先导，已成为全球经济迅猛增长的源动力。 随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。新材料按组分为金属材料、无机非金属材料(如陶瓷、砷化镓半导体等)、有机高分子材料、先进复合材料四大类。按材料性能分为结构材料和功能材料。结构材料主要是利用材料的力学和理化性能，以满足高强度、高刚度、高硬度、耐高温、耐磨、耐蚀、抗辐照等性能要求;功能材料主要是利用材料具有的电、磁、声、光热等效应，以实现某种功能，如半导体材料、磁性材料、光敏材料、热敏材料、隐身材料和制造原子弹、氢弹的核材料等。新材料在国防建设上作用重大。例如，超纯硅、砷化镓研制成功，导致大规模和超大规模集成电路的诞生，使计
算机运算速度从每秒几十万次提高到每秒百亿次以上;航空发动机材料的工作温度每提高100℃，推力可增大24%;隐身材料能吸收电磁波或降低武器装备的红外辐射，使敌方探测系统难以发现等等。 在新材料产业中分布情况 21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。新材料的研究，是人类对物质性质认识和应用向更深层次的进军。 信息材料是最活跃的新材料领域，微电子材料在未来10~15年仍是最基本的信息材料，集成电路及半导体材料将以硅材料为主体，化合物半导体材料及新一代高温半导体材料共同发展。光电子材料将成为发展最快和最有前途的信息材料，主要集中在激光材料、高亮度发光二极管材料、红外探测器材料、液晶显示材料、光纤材料等领域。 XX年，在“国家半导体照明工程”计划的推动下，我国半导体照明产业发展加速，关键技术取得突破，蓝光功率型LED芯片发光效率达到90mW，处于国际先进水平;封装的功率型白光LED发光效率超过30lm/W，达到国际先进水平。建立了上海、大连、厦门、南昌4个国家半导体照明产业化基地，民营资本投资近37亿元人民币，我国LED产业迎来了快速发展的时期。 XX年我国推出了激光电视样机，技术水平达到国际先进。
关于碳纳米管的研究进展综述
关于碳纳米管的研究进展 1、前言 1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新 的“大碳结构”概念诞生了。之后,人们相继发现并分离出C 70、C 76 、C 78 、C 84 等。 1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。1999年,韩国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。 2、碳纳米管的制备方法 获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。化学气相沉积法是实现工业化大批量生产碳纳米管的有效方法,但由于生长温度较低,碳纳米管中通常含有
碳纳米管的现状和前景
碳纳米管的现状和前景 信息技术更新日新月异，正如摩尔定律所言，集成电路的集成度每隔18 个月翻一番，即同样的成本下，集成电路的功能翻一倍。这些进步基于晶体管的发展，晶体管的缩小提高了集成电路的性能。 在硅基微电子学发展的过程中,器件的特征尺寸随着集成度的越来越高而日益减小,现在硅器件已经进入深微亚米阶段，也马上触及到硅器件发展的瓶颈，器件将不再遵从传统的运行规律,具有显著的量子效应和统计涨落特性. 为了解决这些问题,人们进行了不懈地努力,寻找新的材料和方法，来提高微电子器件的性能。研究基于碳纳米管的纳电子器件就是其中很有前途的一种方法。 碳纳米管简介 一直以来都认为碳只有两种形态——金刚石和石墨。直至1985年发现了以碳60为代表的富勒烯、从而改变了人类对碳形态的认识。1991年，日本筑波NEC研究室内科学家首次在电子显微镜里观察到有奇特的、由纯碳组成的纳米量级的线状物。此类纤细的分子就是碳纳米管 碳纳米管有许多优异的性能，如超高的反弹性、抗张强度和热稳定性等。被认为将在微型机器人、抗撞击汽车车身和抗震建筑等方面有着极好的应用前景。但是碳纳米管的第一个获得应用的领域是电子学领域、近年来，它已成为微电子技术领域的研究重要方面。 研究工作表明，在数十纳米上下的导线和功能器件可以用碳纳米管来制造，并连接成电子电路。其工作速度将过高于已有的产品而功率损耗却极低! 不少研究组已经成功地用碳纳米管制成了电子器件。例如IBM 的科学家们就用单根半导体碳纳米管和它两端的金属电极做成了场效应管（FETs）。通过是否往第三电极施加电压，可以成为开关，此器件在室温下的工作特性和硅器件非常相似，而导电性却高出许多，消耗功率也小。按理论推算，纳米级的开关的时钟频率可以达到1太赫以上，比现有的处理器要快1000倍。 碳纳米管的分类 石墨烯的碳原子片层一般可以从一层到上百层，根据碳纳米管管壁中碳原子层的数目被分为单壁和多壁碳纳米管。 单壁碳纳米管（SWNT）由单层石墨卷成柱状无缝管而形成是结构完美的单分子材料。SWNT 的直径一般为1－6 nm，最小直径大约为0.5 nm，与C36 分子的直径相当,但SWNT 的直径大于6nm 以后特别不稳定，会发生SWNT 管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。因为SWNT 的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。 多壁碳纳米管MWNT可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。其层数从2～50 不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。多壁管的典型直径和长度分别为2～30nm 和0.1～50μm。多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常
碳纳米管材料的研究现状及发展展望
碳纳米管材料的研究现状及发展展望 摘要： 碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。 关键词：碳纳米管；制备；性质；应用与发展 1、碳纳米管的发展历史 1985年发现了巴基球(C60)；柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研 究中，发现了与金刚石、石墨的无限结构不同的，具有封闭球状结构的分子C60。（1996年获得诺贝尔化学奖） 1991年日本电气公司的S. Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状沉积。空的管状物直径0.7-30 nm，被称为Carbon nanotubes (CNTs）； 1992年瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte等发现了巴基葱(Carbon nanoonion)； 2000年，北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф0.33 nm的碳纳米管,稳定性稍差; 2003年5月，日本信州大学和三井物产下属的公司研制成功Ф 0.4 nm的碳纳米管。 2004年3月下旬, 中国科学院高能物理研究所赵宇亮、陈振玲、柴之芳等研究人员，利用一定能量的中子与C70分子相互作用，首次成功合成、分离、表征了单原子数目富勒烯 分子C141。 2004 ，曼彻斯特大学的科学家发现Graphene(石墨烯)。进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 2、碳纳米管的分类 2.1碳纳米管 碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳 米管、多壁碳纳米管。 2.2纳米碳纤维 纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳 管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。 2.3碳球 根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2) 纳米碳粉。 2.4石墨烯 石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料的基本单元。 3、碳纳米管的制备 3．1电弧法
可生物降解材料的现状和发展前景
可生物降解材料的研究现状和发展前景 摘要：本文阐述了可生物降解材料的定义、种类及降解机理，综述了可生物降解材料在国内外各个领域的研究现状和最新应用进展，并对其发展前景进行了展望。 关键字：生物降解材料、降解机理、应用进展 Abstract : The definition, variety and the degradation mechanism of biodegradable materials were elaborated. The research situation and their recent progress in applications were reviewed at home and abroad, and then the development prospect was looked forward. Key words :Biodegradable materials; Degradation mechanism; Application progress 1前言 近年来，随着经济的飞速发展，人们对物质和精神的追求越来越高，对产品的包装也相应的有了更高要求，人们在购买产品时，不仅看外包装的美观程度，还考虑其他各种各样的功能。正是由于人们对产品包装的追求不断提升，很多新型包装材料不断被应用到产品包装中。 合成高分子材料具有质轻、强度高、化学稳定性好以及价格低廉等优点，与钢铁、木材、水泥并列成为国民经济的四大支柱[1]，被广泛应用到产品的包装中。然而，在合成高分子材料给人们生活带来便利、改善生活品质的同时，其使用后的大量废弃物也与日俱增，成为白色污染源，严重危害环境，造成地下水及土壤污染，危害人类生存与健康，给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响[2]。另外，生产合成高分子材料的原料——石油也总有用尽的一天，因而，寻找新的环境友好型材料，发展非石油基聚合物迫在眉睫，而可生物降解材料正是解决这方面问题的有效途径。 2可生物降解材料定义及降解机理 生物降解材料，亦称为“绿色生态材料”，指的是在土壤微生物和酶的作用下能降解的材料。具体地讲，就是指在一定条件下，能在细菌、霉菌、藻类等自然界的微生物作用下，导致生物降解的高分子材料[3]。 理想的可生物降解材料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终转化成CO2 和H2O而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。 生物降解材料的分解主要是通过微生物的作用，因而，生物降解材料的降解机理即材料被细菌、霉菌等作用消化吸收的过程。首先，微生物向体外分泌水解酶与材料表面结合，通过水解切断表面的高分子链，生成小分子量的化合物，然后降解的生成物被微生物摄入体内，经过种种代谢路线，合成微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终转化成CO2 和H2O[4]。按其降解的化学本质则分为水解和酶解两种。
碳纳米管的研究进展
碳纳米管的研究进展* 王全杰1,2** 王延青1*** （1. 陕西科技大学资源与环境学院，陕西 西安 710021；2. 烟台大学化学生物理工学院， 山东 烟台 264005） 摘要：碳纳米管是由石墨层片卷成的管状结构的一种新型纳米材料，拥有独特的物理化学、电学、热学和机械性能以及十分诱人的应用前景。文章对碳纳米管的制备方法、性质、纯化及应用前景进行了简要的综述。 关键词：碳纳米管；合成；性能；纯化；应用 中图分类号G 311 文献标识码 A Progress of Research for Carbon Nanotubes Wang Quanjie 1,2,Wang Yanqing 1 （1.College of Resource and Environment，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021,China；2. Chemistry and Biology College，Yantai University，Yantai 264005,China）Abstract: Carbon nanotubes are a new class of nano-material with tubular structure formed via rolling-up of coaxial sheets of graphite. They have unique physicochemical, electrical, thermal and mechanical properties, opening up various intriguing possibilities for applications. The preparation methods, properties, methods of purification and application of carbon nanotubes are briefly reviewed. Key words: carbon nanotubes；synthesis；property；purification；application 自1991年日本科学家Lijima发现碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)，1992年Ebbesn等人提出了实验室规模合成碳纳米管的方法后，其独特的结构和物理化学性质受到人们越来越多的关注[1]。碳纳米管因具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等特点,从而使其具有特殊的机械、物化性能，在工程材料、催化、吸附、分离、储能器件电极材料等诸多领域中具有重要的应用前景。 *基金来源：山东省科技攻关项目（2008GG10003020） **第一作者简介：王全杰，男，1950年生，教授 ***通讯联系人
碳纳米管材料的研究现状及发展展望[英文]
Research status and development prospect of carbon nanotubes Abstract: Carbon nanotubes due to their unique structure and excellent physical and chemical properties, and has wide application prospect and huge commercial value. This paper reviewed the methods for preparing carbon nanotubes, structural properties, application and development trend of carbon nanotubes. Keywords: carbon nanotubes; preparation; antistatic; stealth; radar absorbing coating Nanometer material because of its size in the transition region junction of atomic clusters and macroscopic objects, with the quantum size effect, small size effect, surface effect and the macroscopic quantum tunnel effect and other characteristics, exhibit many unique physical and chemical properties. Nanometer material nineteen eighties early after the formation of the concept, the world have paid great attention. It has unique properties, physical, chemical, material research, biology, medicine and other fields with meters of new opportunities. 1, carbon nanotube preparation, structure and properties 1.1, the preparation of carbon nanotubes
碳纳米管的改性研究进展
碳纳米管的改性研究进展 摘要：碳纳米管因其独特的结构与优异的性能，在许多领域具有巨大的应用潜力而引起了广泛的关注。由于碳纳米管不溶于水和有机溶剂，极大地制约了其性能的应用，因此碳纳米管的功能化改性 就成为目前研究的热点。本文简要介绍了碳纳米管及其性质作，详细阐述了碳纳米管的改性研究进展，并对今后的研究方向进行了展望。 关键词：碳纳米管；结构与性能；功能化；共价改性；非共价改性 1. 碳纳米管及其性能简介 1.1碳纳米管的结构 碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是1991年由日本筑波NEC公司基础研究实验室的Iijima在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时意外发现的一种具有一维管状结构的碳纳米材料。因其独特的准一维管状分子结构、优异的力学、电学和化学性质及其在高科技领域中潜在的应用价值，引起了世界各国科学家们的广泛关注，由此引发了碳纳米管的研究热潮和十多年来纳米科学和技术的飞速发展。 碳纳米管是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝、中空的 微管，每层纳米管是一个由碳原子通过SP2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的 六边形平面组成的圆柱面。根据构成管壁碳原子层数的不同，CNTs可以分为:单壁碳纳 米管(single-walled carbon nanotube，SWNT)和多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube, MWNT)两种形式。MWNTs的层间接近ABAB堆垛，其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距（0.34nm）相当。MWNTs的典型直径和长度分别为2～30nm 和0.1～50μm；SWNTs典型的直径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。与MWNTs 比，SWNTs是由单层圆柱型石墨层构成，其直径的分布范围小，缺陷少，具有更高的 均匀一致性。无论是MWNTs还是SWNTs都具有很大的长径比，一般为100～1000， 最大可达到1000～10000，可以认为是一维分子。CNTs有直形、弯曲、螺旋等不同外形。在MWNTs中不同石墨层的螺旋角各不相同，由Euler定理可知，在CNTs的弯曲处，一定要有成对出现的五元环和七元环才能使碳纳米管在弯曲处保持光滑连续，而封 闭的两端半球形或多面体的圆拱形是由五元环参与形成的。但是实际制备的CNTs或多 或少存在这样那样缺陷，主要缺陷有三种类型：拓扑学缺陷，重新杂化缺陷和非完全键
新材料在军工方面的研究现状和发展趋势
新材料在军工方面的研究现状及发展趋势 摘要：新材料在军工领域已经得到了广泛的应用，这里综述了军工结构材料以及功能材料的研究现状，最后展望了新材料在军工方面的发展趋势。 关键字：新材料, 军工, 研究现状，结构材料，功能材料，发展趋势 The status quo and development trend of new materials in aspects of the military-industrial (Wang Hongwei Material Science and Engineering Institute in North University of China) Abstract:The new materials has been widely used in the military-industrial，here reviewed the status quo of research of Structural materials and functional materials in aspects of the military-industrial. Finally, here prospect the development trend of the new materials in aspects of the military-industrial. Key words: new materials, military-industrial, the status quo of research, structural materials, functional materials, the trends of development 在现代工业、国防和高新技术发展中，新材料已成为一项共性关键技术，并且正在成为当代和下世纪初最重要、发展最快的科学技术之一。国防科技工业常常是新材料技术成果的优先使用者，同时也是一些重要高性能新材料的需求牵引者。新材料技术的研究开发对于国防科技工业和武器装备的发展有着决定性的意义，新材料是指那些新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备的优异性能的材科，而军工新材料则是指用于制造各种先进武器装备或用于武器装备改造的新材料[1]。 1.军工新材料的分类 按照物化成的武器装备，军工新材料可分成航空材料、航天材料、兵器材料、舰船材料、核武器及核动力装置材料、动能、定向能武器材料以及军用电子材料等。按照材料的主要用途，军工新材料可分为结构材料和功能材料两大类。其中，结构材料又可分为金属结构材料，陶瓷结构材料、高分子结构材料和复合材料；功能材料则可分为磁性材料、电子和光学材料、防热材料、抗核、抗激光、抗粒
医用生物可吸收止血材料的研究现状与临床应用
中国组织工程研究第16卷第21期 2012–05–20出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research May 20, 2012 Vol.16, No.21 ISSN 1673-8225 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 3941 1College of Orthopedics and Traumatology, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350108, Fujian Province, China; 2Orthopedic Trauma Center, the 175 Hospital of Chinese PLA, Affiliated Southeast Hospital of Xiamen University, Zhangzhou 363000, Fujian Province, China Zhang Shao-feng★, Studying for master’s degree, College of Orthopedics and Traumatology, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350108, Fujian Province, China zhangshaofeng017@ https://www.360docs.net/doc/0d7305871.html, Corresponding author: Hong Jia-yuan, Master’s supervisor, Associate chief physician, Orthopedic Trauma Center, the 175 Hospital of Chinese PLA, Affiliated Southeast Hospital of Xiamen University, Zhangzhou 363000, Fujian Province, China hongjy175@ https://www.360docs.net/doc/0d7305871.html, Received: 2011-11-12 Accepted: 2012-01-09 医用生物可吸收止血材料的研究现状与临床应用★ 张少锋1，洪加源2 Research status and clinical application of biomedical absorable hemostic materials Zhang Shao-feng1, Hong Jia-yuan2 Abstract BACKGROUND: Now, various hemostasis materials are developed with different components and mechanisms. Due to their different characteristics, the applications are different. OBJECTIVE: To review the commonly used clinical absorbable hemostatic materials at home and abroad, and to summarize the composition, hemostatic mechanism and clinical application for guiding clinicians to use them effectively. METHODS: A computer-based search of CNKI and PubMed databases (2002-02/2011-05) were performed for articles related to hemostatic materials using the key words of “biological material, hemostatic material, bioresorbable material, hemostatic effect, hemostatic mechanism” in Chinese and English, respectively. Literatures on application of biomedical absorbable hemostatic materials were adopted, and others about duplicated study and contents inconsistent with the research purpose were excluded. RESULTS AND CONCLUSION: Currently, fibrin glue, cellulose, xycellulose, α-cyanoacrylate tissue glue, chitosan and so on are adsorbable hemostasis materials in clinic. The hemostatic reason of chitosan is that the chitosan has some quantitative electric charge, which can directly occur cross linking reaction with the red blood cells on the wound surface to form blood clot, and the hemostasis process is independent of blood coagulation factor and platelet in vivo. Delightfully, α-cyanoacrylate tissue glues not only are used to cardiovascular surgery for small vascular anastomisis, to neurosurgery for repairing cerebral dura mater, to orthopedics for cohereing the fracture and repairing the soft tissues and so on, but also are the prefer material for intervention embolotherapy. While the fibrin glue can not only be local hemostasis, prevent conglutination and seepage, but also mainly be slow-release trager, bone material frame. However, different hemostasis materials have different hemostasis mechanisms and effects, so only to sufficiently comprehend the characteristic of different hemostasis materials can use them more reasonable and available. Zhang SF, Hong JY. Research status and clinical application of biomedical absorable hemostic materials. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2012;16(21): 3941-3944. [https://www.360docs.net/doc/0d7305871.html, https://www.360docs.net/doc/0d7305871.html,] 摘要 背景：目前市场已开发出多种不同组成和不同机制的止血材料，因其不同特性而应用各异。 目的：概述国内外临床常用医用可吸收止血材料，对其组成、止血机制及临床应用进行总结，指导临床医生更加合理有效 地应用止血材料。 方法：应用计算机检索CNKI和PubMed数据库中2002-02/2011-05关于止血材料的文章，以“生物材料，止血材料，生 物可吸收材料，止血效果，止血机制”或“biomaterial，hemostatic material，bioresorbable material，hemostatic effect，hemostatic mechanism”为中、英文关键词。纳入与生物可吸收止血材料及其应用相关的文章；排除重复研究的内容和与 研究目的不相符的文献。 结果与结论：目前国内外主要应用的可吸收止血材料为纤维蛋白胶、氧化纤维素和氧化再生纤维素、α-氰基丙烯酸酯类组 织胶、壳聚糖等。壳聚糖的止血性在于壳聚糖带有一定量的电荷，它的分子直接与创面上的红细胞发生交联反应形成血凝 块，它的止血过程不依赖于机体凝血因子和血小板。α-氰基丙烯酸酯类黏合剂已应用于血管外科的中小管径血管吻合、神 经外科的中硬脑膜修补、各类软组织修补、骨科中骨折的黏合等，并且成为介入栓塞治疗中的首选材料。在骨科领域纤维 蛋白胶除了局部止血、防止粘连和渗漏外主要是作为缓释载体，骨材料支架而发挥作用。氧化纤维素和氧化再生纤维素已 成功应用于神经外科、耳鼻喉科、肝胆外科等。不同的止血材料其止血机制和止血效果均不同，只有充分了解各种止血材 料性能，才能合理、有效应用。 关键词：止血材料；生物材料；生物可吸收；止血效果；止血机制 doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2012.21.033 张少锋，洪加源.医用生物可吸收止血材料的研究现状与临床应用[J].中国组织工程研究，2012，16(21):3941-3944. [https://www.360docs.net/doc/0d7305871.html, https://www.360docs.net/doc/0d7305871.html,] 0 引言 出血是创伤后主要并发症，出血过多必将引起休克，危及生命。因此及时有效止血对挽救患者生命具有重要意义。有效的止血不但是外科手术中需要解决的重要问题，也是战、创伤中提高伤员生存率的关键问题。出血后如何止血一直困扰着人类。在古代，古人用中草药或药膏等止血，而古埃及人使用蜂蜡、油脂等的混合物来止血[1]。随着科学技术的不断发展，骨蜡等非可吸收性止血材料已大量应用于临床，但这些非可吸收性止血材料引起的术区感染和其他并发症在所难免。近年来医用可吸收止血材料引起了各国医学界和产业界的高度重视，许多大型医药公司都致力于研发新型止血材料[2]。目前市场已开发出多种不同组成和不同机制的止血材料，因其不同特性而应用各异。 万方数据
碳纳米管研究进展
碳纳米管研究进展 摘要： 碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成。 纳米材料被誉为21世纪的重要材料，而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性，在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景，成为全球科学界各级科研人员争相关注的焦点。碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。近年来，美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构，碳纳米管的研究进展随之加快，并在制备方面取得了突破性进展。 关键词： 碳纳米管、制备、应用、最新研究 正文： 1、碳纳米管的制备： 碳纳米管的制备方法主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD),以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等方法。 电弧法——石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。其原理为电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定。放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。由于电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。所以研究者在优化电弧法制取碳纳米管方面做了大量的工作。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert将将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管的缺陷。C.Journet等在阳极中填入石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs合成。 近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。 催化裂解法——催化裂解法亦称为化学气相沉积法，其原理是通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成。目前对化学气相沉积法制备碳纳米管的研究表明，选择合适的催化剂、碳源以及反应温度十分关键。K.Hernadi等发现碳源的催化活化顺序为：乙炔＞丙酮＞乙烯＞正茂烷＞丙烯≥甲醇=甲苯≥甲烷。 Ren等在666℃条件下,在玻璃上通过等频磁控管喷镀法镀上厚度为40nm的金属镍,以乙炔气体作为碳源,氨气作为催化剂,采用等离子体热流体化学蒸气分解
中国可吸收性止血材料行业发展状况
中国可吸收性止血材料行业发展状况 一、中国可吸收性止血材料行业发展历程 中国可吸收性止血材料行业发展历程可分为三个阶段：改革开放前（1982年前）、1983-2007年以及2008年至今。 改革开放前（1982年前） 这个阶段中国生产的可吸收性止血材料质量较差，也没有形成品牌。 1983-2007年 该行业有一定发展，并逐渐形成了几家较知名的国内品牌，但生产可吸收性止血材料的企业数量几十家，国内企业和国外发达国家之间的技术差距较大，高端的无菌吸收性止血材料大多依靠进口。 2008年至今 近年来医用可吸收止血材料引起了各国医学界和产业界的高度重视，随着对海绵材料性能要求的提高，开发止血效果更佳、绿色、环保、可降解、无毒、无副作用、无刺激性、具有良好的生物相容性的医用海绵材料势在必行。 医用可吸收止血材料引起了各国医学界和产业界的高度重视，许多大型医药公司都力图研制开发出自己的新型止血材料。 二、中国可吸收性止血材料行业发展面临的问题 中国现有产品和美国的阿里斯泰相比，存在以下缺陷：①止血速度慢，效果较差；②影响术后缝合，增加新的创面出血；③不能自然降解，在体内形成残留；④存在过敏源性反应威胁等。 三、可吸收性止血材料行业总体规模 2013年我国可吸收性止血材料行业市场规模约58.65亿元，近几年我国可吸收性止血材料行业市场规模情况如下图所示：
图表 1 2009-2013年中国可吸收性止血材料市场规模及其增长情况 单位：亿元 33.06 38.2 44.2 50.45 58.65 15.55% 15.71% 14.14% 16.25% 102030405060702009 2010 2011 20122013年 0.13 0.1350.140.1450.150.1550.160.165市场规模 同比增长 数据来源：凯博信咨询整理