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碳纳米管分散状态是影响复合材料性能的关键因素。目前,碳纳米管分散状态的表征方法众多,但由于各种表征方法都存在一定的局限性,使得对于碳纳米管分散状态的评价缺乏统一性,制约了复合材料强化机制的研究,并进一步影响宏观性能的提升。因此,如何检测和评价分散体系中碳纳米管的分散状态,并建立碳纳米管分散状态与复合材料宏观性能的构效关系,成为复合材料制备和应用领域的重中之重。针对上述问题,本文通过对碳纳米管浓度、分散方法、分散参数的调控,获取了大量不同分散状态样品;用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对碳纳米管分散状态在不同尺度下的观测,基于分形理论对不同尺度下碳纳米管分散状态进行了计算,建立了碳纳米管分散状态标准评价方法;以分形维数为“桥梁”,建立分散状态与复合材料宏观性能的构效关系,并探讨了分形维数对预测复合物宏观性能的普适性。主要开展如下工作:(1)采用超声法,通过调整分散参数,制备了碳纳米管质量分数为0.1wt%、0.5wt%的去离子水分散液,通过光学显微镜(Optical microscopy)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见光光谱(UV-VIS)、流变仪对分散液中碳纳米管分散状态进行了系统的表征,通过测试碳纳米管/聚乙烯醇薄膜的电学、力学、热机械性能,探讨了不同表征方法对评价碳纳米管分散状态的适用性。(2)针对目前碳纳米管分散状态表征过程中标准不统一的问题,提出了基于分形理论定量表征碳纳米管分散状态的方法。通过调节碳纳米管浓度(0.1wt-0.5wt%)、分散方法(超声破碎、球磨法)、分散时间(30min、60min、90min、120min),得到了具有不同碳纳米管分散状态的分散液,运用盒子法计算了基于碳纳米管分散液光学图像、扫描电镜图像、透射电镜图像的分形维数,并发现,分形维数能够定量的表征碳纳米管在分散体系中的分散状态。当用盒子法计算基于分散液数字图像的分形维数时,存在适用的尺度范围,数字图像中最小网格所代表的尺寸应该小于碳纳米管的直径,大于碳纳米管之间的间距。利用光学图像计算时,其最小网格所代表的尺寸不在界定的尺度范围内,分形维数不能反映碳纳米管的真实分散状态。利用扫描电镜图像、透射电镜图像计算时,其最小的网格数处在界定的尺寸范围内,此时分形维数能够反映碳纳米管的真实分散状态,分形维数逐渐增加的过程中,碳纳米管的分散状态越来越均匀。(3)数字图像中最小网格所代表的尺寸在界定的尺度范围之外时,分形维数与聚乙烯醇的电导率、拉伸强度没有明显的拟合关系。数字图像所代表的网格尺寸在界定的尺度范围内时,分形维数与聚乙烯醇的导电率呈指数型增加的关系,与拉伸强度呈线性增加的关系;此时,分形维数可作为“桥梁”,有效地对分散体系中碳纳米管分散状态和复合材料的力学、电学性能进行搭接。通过分形维数对碳纳米管分散状态的定量表征以及与复合材料性能的联系,建立了碳纳米管分散状态评价的标准化方法。