纳米碳材料与辐射加工技术

    三十多年来，我国辐射加工产业目前已形成一定的规模，我国被世界公认为辐射加工业发展最快的国家。辐射加工就是利用γ射线、电子束以及质子、中子、X、原子氧等各种辐照，对纳米碳材料及其聚合物复合材料进行加工处理，由此达到对材料进行改性的目的。

    北京市射线应用研究中心辐射新材料北京市重点实验室的周成飞介绍，近些年来，人们将辐射技术成功地应用于纳米碳材料及其聚合物复合材料的研究当中，这将对此领域的发展起到推动作用。

    辐射加工所涉及的范围很广，研究内容也很多。仅就辐射加工技术本身而言，就包括γ射线、电子束以及质子、中子、X、原子氧等各种辐照，但就纳米碳材料及其聚合物复合材料的辐射加工来看，现有的研究主要集中在γ射线和电子束，而中子等其他方面涉及很少。并且，对于纳米碳材料来说，除了石墨烯、碳纳米管和纳米纤维之外，还包括碳球等许多内容，但不管是纳米碳材料的辐射改性，还是其聚合物复合材料的辐射制备，至今的研究主要是涉及石墨烯、碳纳米管和纳米纤维。

   当然，纳米碳材料及其聚合物复合材料的辐射加工作为材料辐射加工的一个新领域已取得了长足的进步。周成飞在汉斯《纳米技术》2014年9月期刊上发表的文章中介绍了几种复合材料的辐射法制备。

碳纳米管/聚合物复合材料

    将碳纳米管与聚合物单体均匀分散，再在射线作用下引发单体聚合从而生成复合材料。这种方法制得复合材料的导电率要比相同方法制备的PTh粉体的高得多。另外，还可以采用辐射固化方法制备碳纳米管/聚合物复合材料，或是采用辐射交联方法来制备碳纳米管/聚合物复合材料。

碳纤维/聚合物复合材料

    纳米碳纤维在复合材料中的应用主要集中于三个方面，即作为材料增强体、改善材料导电性和光电性能。一种制备方法是用电子束固化技术制备碳纤维–酚醛环氧树脂复合材料，其中，碳纤维经电化学处理，再用与电子束可匹配的偶联剂进行涂敷处理。一种是用γ射线辐射接枝方法对碳纤维进行改性，以改善其环氧复合材料的界面粘接性能。环氧树脂和环氧氯丙烷经共辐射接枝而与碳纤维反应，丙烯酸是通过预辐射接枝而被接枝到碳纤维表面。结果表明，辐射接枝后，粗糙度、表面能和含氧官能团数目都明显增加。并发现，辐射接枝也轻微地改善了碳纤维的拉伸强度。

石墨烯/聚合物复合材料

    在利用辐射加工技术制备石墨烯/聚合物复合材料方面，采用由石墨烯引发的原位自由基聚合而进行聚合物接枝的方法制备了高机械强度的石墨烯纳米复合水凝胶。石墨烯过氧化氢(GPO)是用γ-射线在有氧条件下对石墨烯的水分散物进行辐照而得到，它是被用作制备石墨烯基聚合物水凝胶的功能化引发剂和交联中心。所制备的水凝胶纳米复合材料表现出很高的抗张强度，弹性模量，以及非常高的可扩展性(5300%)，并还表现出极低的滞后性和优异的弹性。