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纳米碳材料是近年来纳米材料领域的研究热点,显示出光明的应用前景。本文研究碳纳米管(CNT)、核-壳结构碳包覆金属纳米颗粒和纳米石墨微片(GNP)及其复合物的电磁性能和热物理性能。碳纳米管的团聚问题是制约其应用的技术瓶颈,本文使用了一种新方法直接定量表征碳纳米管分散体系的分散性和稳定性。提出了通过溶液共混法制备竹节状多壁碳纳米管(BCNT)与高分子复合的电磁屏蔽复合材料。合成了由电损耗的碳壳和磁损耗的钻核构成的核-壳型碳包覆钴纳米颗粒(Co(C)),显示出优良的微波吸收性能。研究了核-壳结构碳包覆铜纳米颗粒(Cu(C))复合硅凝胶导热复合材料。研究了具有增强热导率的GNP/硅树脂复合材料的热物理性能。1.碳纳米管的分散性分别使用丙二醇正丙基醚(PnP)、乙二醇单丁醚(EB)和丙二醇单甲醚(PM)作为溶剂,共聚物DISPERBYK-2012 (D-2012)和DISPERBYK-198 (D-198)作为表面活性剂,通过超声波分散制备出了多壁碳纳米管(MWNTs)悬浮液。使用一种逐步离心视图技术(a step view centrifugation methodology)研究了MWNTs悬浮液的团聚和沉降特性,这种逐步离心视图技术可以加速溶液体系的相分离,直接定量分析分散体系的稳定性。溶液经过1000rpm加速离心测试5600s后表明,相比于添加了分散剂的MWNTs悬浮液,PnP、EB和PM悬浮液出现了严重的团聚和沉积现象,PnP、EB和PM分散体系的沉降速度远高于添加了分散剂的悬浮液。实时和统计不稳定指数分析结果表明,PnP/D-198和EB/D-198是两个较优的MWNTs分散体系,对溶剂和表面活性剂分散和稳定MWNTs稳定分散体系的作用机理做出了理论解释。2.竹节状多壁碳纳米管／硅树脂电磁屏蔽复合材料通过溶液共混法制备了具有不同浓度的竹节状多壁碳纳米管(BCNT)为填料,甲基乙烯基硅树脂(MVQ)为基体的复合材料,研究了复合材料在1-6GHz频率范围内的导电性质和电磁屏蔽效能。表征和阐明了BCNT的形貌和结构。扫描电子显微镜观察显示BCNT均匀分散在MVQ内。测量和讨论了复合材料的电导率(σ)和电磁屏蔽效能(SE)。结果表明,BCNTs/硅树脂复合材料的电渗滤阈值低至0.92wt.%。σ与温度呈近似负相关的线性关系,即温度升高时,σ略有下降。7wt.%填充量的BCNTs/硅树脂复合材料的SE为-(33-38)dB。通过将总入射能量分解为吸收损失、反射损失和透过能量各部分总和研究了屏蔽机理,结果表明反射损耗是占主导地位的电磁屏蔽机理。3.核-壳型碳包覆钴纳米颗粒的电磁性能使用电弧放电法合成了核-壳型碳包覆钴纳米颗粒(Co (C))。Co (C)的外壳由15-20层有序石墨碳层和无定形碳构成,内核晶体钴纳米粒子被外碳壳完全包覆住。通过将10、40、50、70和80wt.%的Co(C)分散在石蜡中制备出了Co(C)／石蜡复合物并研究了复合物在2-18GHz的电磁特性。Co(C)独特的微观结构和介电性质的碳层导致Co(C)具有高复介电常数,发生在钻核与碳壳之间界面上的界面极化作用决定了Co(C)的介电行为。随着频率的增加,复合物的复磁导率(μ)实部降低,μ的虚部基本保持不变并且数值较小,表明碳包覆实现了金属钴核之间的绝缘作用。复合物主要的电磁吸收机制为介电损耗。计算3mm厚50wt.% Co(C)含量复合物在7.54GHz的最小反射损失(RL)为RL=-52dB。3mm厚40wt.%Co(C)含量的Co(C)／环氧树脂涂层的RL与计算值结果一致。通过控制Co(C)的浓度和涂层的厚度可以对Co(C)的电磁性质进行调控。4.核-壳结构碳包覆铜纳米颗粒复合硅凝胶导热复合材料使用直流电弧法合成了核-壳结构的碳包覆铜(Cu(C))纳米颗粒,这种纳米颗粒的结构为外部碳壳包裹住内部铜核。表征了Cu(C)纳米颗粒的形貌和微观结构,结果表明Cu(C)由纳米结晶结构的铜核和碳层构成,碳壳由6-15层有序的石墨层和无定形碳构成,碳层有效地保护了金属铜核防止铜核氧化。使用硅凝胶作为高分子基体材料,Cu(C)纳米颗粒为导热填料成功制备出了一种导热复合材料。Cu(C)纳米粒子均匀地分散在硅凝胶基体中。研究了Cu(C)对复合材料热导率、电阻率和热膨胀系数(CTE)的影响。结果表明,在Cu(C)填充量为6.1、11.0、16.7和23.3vo1.%时,复合材料在50℃的热导率为0.32-0.77W/(m.K),电阻率分别为1.98×109、3.48×107、302和1Ω.m,在200℃的热膨胀系数为3.79×10-4-3.44×10-4 K-1。研究结果表明,Cu(C)中的有序石墨层增加了导电性和热传导,限制了铜核的膨胀,因而降低了热膨胀系数。5.增强热导率的纳米石墨微片/硅树脂复合材料的热物理性能制备出了不同填料含量的纳米石墨片(GNP)/硅树脂复合材料。使用的GNP是具有高长径比(～1810)的二维结构薄片,约10-30nnm厚和10-50μm长的GNP均匀地分散在整个树脂基体材料中,使GNP有效地充当导热介质并极大地促进了GNP在树脂基体中形成高效的三维导热网链结构。5、10、15和20wt.%GNP填充量的复合材料在室温下的热导率分别为0.35、1.02、1.32和2.01W/(m.K),分别比纯硅树脂的热导率提高了0.9、4.7、6.3和10.2倍。随着温度在25-200℃范围内升高,复合材料的热导率下降,这种现象在较高GNP含量时相对明显。差示扫描量热分析表明添加GNP到硅树脂后有机硅树脂的交联固化反应温度从90℃增加至119℃,可能是通过GNP阻碍硅树脂分子的自由移动(迁移率)实现的。研究结果表明,GNP的加入不仅降低了复合材料的热膨胀系数,而且同时提高了复合材料的热稳定性。