CN1813023A - 纳米复合材料和生产方法 - Google Patents

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Abstract

提供导电率突增界限值低、导热率突增界限值低或机械性能改进的纳米复合材料用于电、热和机械应用。

Description

纳米复合材料和生产方法
技术领域
[0001]本发明一般地涉及纳米材料基纳米复合材料及其应用。
背景技术
[0002]可将碳纳米管想象为卷成无缝管并连接的六边形方格纸片。方格纸的每条边代表碳-碳键，每个交点代表碳原子。
[0003]碳纳米管通常为周边一般仅有几个原子的延伸的管体。碳纳米管为空心的并具有直链的富勒烯结构。碳纳米管的长度有可能达到其分子尺寸直径的几百万倍。单壁碳纳米管(SWNTs)以及多壁碳纳米管(MWNTs)都已得到认可。
[0004]目前，碳纳米管(CNTs)已被广泛提出用于许多应用，因为它们具有非常理想和独特的涉及例如强度和重量的物理性能的组合。碳纳米管还显示出导电性(见Yakobson，B.I.等人的AmericanScientist，85，(1997)，324-337；和Dresselhaus，M.S.等人的Scienceof Fullerenes and Carbon Nanotubes，1996，San Diego：AcademicPress，902-905页)。例如，碳纳米管比铜或金的导热和导电性好，且抗拉强度为钢的100倍，而重量仅为钢的1/6。碳纳米管可制成非常小的尺寸。例如，碳纳米管可制成近似DNA双螺旋结构的尺寸(或近似为人的头发直径的1/50000)。
[0005]考虑到碳纳米管的优异性能，它们非常适合于各种用途，例如建造计算机电路、增强复合材料，甚至是药物的释放。另外，碳纳米管可用于往往要求导热率高、尺寸小和重量轻的微电子器件领域。已认可的碳纳米管的一个应用是它们在采用电子场发射技术的平板显示中的用途(因为碳纳米管可以是良好的导体和电子发射体)。已认可的其他应用包括电磁屏蔽，例如用于移动电话和膝上型计算机的电磁屏蔽、隐形飞机的雷达吸收、纳米电子学(包括新一代计算机中的存储器)，以及用作高强度轻型多功能复合材料。
[0006]然而，在复合材料中使用碳纳米管的尝试产生远远达不到理想的结果，这是因为纳米管的分散差且在主体(host)材料内附聚。Pristine SWNTs通常不溶于普通的溶剂和聚合物中，且在没有改变纳米管的所需固有性能情况下难以化学官能化。例如，其中成功地采用较大量添加剂，例如玻璃纤维、碳纤维、金属颗粒等物理混合到聚合物中的物理混合之类的技术，不能实现CNTs的良好分散。以前使用两种普通的方法在主体聚合物内分散SWNTs：
1)通过长时间超声化(最多48小时，M.J.Biercuk等人的Appl.Phys.Lett.80，2767(2002))，将SWNTs分散在聚合物溶液内，和
2)在SWNTs存在下就地聚合。
[0007]然而，方法1)的长时间超声化会破坏或切割SWNTs，这对于许多应用来说是非所需的。方法2)的效率由纳米管在溶液内的分散度来决定，而分散度非常差且高度依赖于特定的聚合物。例如，与聚苯乙烯(Barraza，H.J.等人的Nano Ltrs，2，797(2002))相比，聚酰亚胺效果较好(Park等人的Chem.Phys.Lett.，364，303(2002))。
[0008]尽管CNT具有特别好的物理性能，但将它们掺入到其它材料受到碳的表面化学制约。诸如相分离、聚集、在基质内分散差和对主体的粘合性差之类的问题必需克服。
[0009]Chen，J.等人(J.Am.Chem.Soc.，124，9034(2002))公开了一种非共价官能化和增溶碳纳米管的方法，该方法导致优良的纳米管分散。在剧烈摇动和/或短时间的浴超声下，SWNTs与聚(亚苯基亚乙炔基)(PPE)一起溶解于氯仿中，正如Chen，J.等人(ibid)和2004年2月19日公开的美国专利申请US 2004/0034177(2002年9月24日提交的USSN 10/255122)和2002年12月13日提交的美国专利申请USSN10/318730中所述。在2004年2月19日公开的美国专利申请US2004/0034177、2002年9月24日提交的USSN 10/255122和2002年12月13日提交的USSN 10/318730中报道了制备官能化且增溶的碳纳米管与主体聚合物聚碳酸酯或聚苯乙烯的复合材料以及这种复合材料的一些机械性能。
发明概述
[0011]本发明提供官能化、增溶的纳米材料和主体基质的纳米复合材料，其中与含该主体基质和除了该官能化、增溶的纳米材料以外的纳米材料的那些纳米复合材料相比，所述纳米复合材料提供增加的导电率和较低的电突增界限值(electrical percolationthresolds)、增加的导热率和较低的热突增界限值(thermalpercolation thresholds)，或者改进的机械性能。低的突增界限值证明在主体基质内实现纳米材料的高度分散。此外，由于需要小量官能化增溶的纳米材料来实现增加的传导率或者主体基质的改进性能，因此没有牺牲主体基质的其它所需物理性能和可加工性。
[0012]本发明的一个实施方案是纳米复合材料，它含包括聚合物基质或非聚合物基质的主体基质和分散在该主体基质内的官能化、增溶的纳米材料。该纳米复合材料的导电率突增界限值或导热率突增界限值低于含该主体基质和除了该官能化、增溶的纳米材料以外的纳米材料的那些纳米复合材料。主体基质可以是如前面所述的有机聚合物基质、无机聚合物基质或者非聚合物基质，或者其结合。
[0013]本发明进一步的实施方案是以上所述的纳米复合材料，其中纳米复合材料的官能化、增溶的纳米材料是第一填料和该纳米复合材料进一步包括第二填料以形成复杂的(complex)纳米复合材料。在这一实施方案中，第二填料包括连续纤维、不连续纤维、纳米颗粒、微粒、大颗粒或其结合，和第二填料不同于官能化、增溶纳米材料。
[0014]本发明进一步的实施方案是包括聚合物基质或非聚合物基质的主体基质的纳米复合材料，其中聚合物基质不同于聚苯乙烯和聚碳酸酯以及分散在该主体基质内的官能化、增溶纳米材料。与含该主体基质和除了该官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有提高的机械性能。所述纳米复合材料可进一步包括第二主体聚合物基质，其中官能化、增溶的纳米材料分散在第一和第二主体聚合物基质内。此外，当纳米复合材料的官能化、增溶的纳米材料是第一填料时，纳米复合材料可进一步包括第二填料以形成复杂的纳米复合材料，其中第二填料不同于官能化、增溶的纳米材料。
[0015]本发明进一步的纳米复合材料包括聚苯乙烯，和分散在聚苯乙烯内的官能化、增溶的纳米材料。与含该主体基质和除了官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，这种纳米复合材料具有提高的机械性能。该纳米复合材料可进一步包括第二主体聚合物基质，其中官能化、增溶纳米材料分散在第一和第二主体聚合物基质内。
[0016]在一个实施方案中，纳米复合材料包括含第一聚合物基质和第二聚合物基质的主体基质以及分散在该主体基质材料内的官能化、增溶纳米材料，其中第一聚合物基质是聚碳酸酯。
[0017]增加包括聚合物基质或非聚合物基质的主体基质的导热率或导电率的方法，包括在主体基质材料内分散官能化、增溶的纳米材料以形成纳米复合材料。在这一实施方案中，纳米复合材料的导电突增界限值或导热突增界限值低于含该主体基质和除了该官能化、增溶的纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。主体基质材料可以是主体基质或主体聚合物基质的单体，和在这一实施方案中，该方法进一步包括下述步骤：在官能化、增溶的纳米材料存在下聚合主体聚合物基质材料。在进一步的实施方案中，主体基质是第一主体聚合物基质，和该方法进一步包括分散第二主体聚合物基质材料与官能化、增溶的纳米材料以及第一主体聚合物基质材料，形成含第一主体聚合物基质和第二主体聚合物基质的纳米复合材料。在一个实施方案中，官能化、增溶的纳米材料是第一填料，和分散进一步包括在主体基质材料内分散第二填料，形成复杂的纳米复合材料，其中第二填料包括连续纤维、不连续纤维、纳米颗粒、微粒、大颗粒或其结合，和其中第二填料不同于官能化、增溶的纳米材料。
[0018]本发明一个方面是改进包括聚合物基质或非聚合物基质的主体基质的机械性能的方法，其中主体基质不同于聚苯乙烯或聚碳酸酯。该方法包括在主体基质材料内分散官能化、增溶的纳米材料，形成纳米复合材料，其中与含该主体基质和除了该官能化、增溶的纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有改进的机械性能。主体基质材料可以是主体基质或者包括主体基质的单体，和该方法进一步包括在官能化、增溶的纳米材料存在下，聚合主体基质材料的步骤。该方法可进一步包括分散第二主体聚合物基质材料与官能化、增溶的纳米材料以及第一主体聚合物基质材料，形成含第一主体聚合物基质和第二主体聚合物基质的纳米复合材料。此外，当官能化、增溶的纳米材料是第一填料时，分散可进一步包括在主体基质材料内分散第二填料，以形成复杂纳米复合材料，其中第二填料不同于官能化、增溶的纳米材料。
[0019]改进聚苯乙烯机械性能的方法，包括在苯乙烯聚合物材料内分散官能化、增溶的纳米材料，形成纳米复合材料，其中与含该聚苯乙烯和除了该官能化、增溶的纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有改进的机械性能。可添加第二主体基质或第二填料，以产生改进聚苯乙烯机械性能的进一步的实施方案。
[0020]本发明的一个方面是改进主体基质机械性能的方法，所述主体基质包括第一聚合物基质和第二聚合物基质，其中第一聚合物基质是聚碳酸酯。该方法包括在主体聚合物材料内分散官能化、增溶的纳米材料，形成纳米复合材料，其中与含该主体基质和除了该官能化、增溶的纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，所述纳米复合材料具有改进的机械性能。可添加第二填料以产生复杂纳米复合材料。
[0021]本发明进一步的实施方案是含纳米复合材料的制造制品，所述纳米复合材料具有此处所述的改进的电、热或机械性能。此外，本发明的一个实施方案是通过上述方法生产的产品。
附图简述
[0022]为了更全面地理解本发明，以下参考附图进行描述。
[0023]图1A是显示使用5wt％ SWNTs，通过本发明的实施方案制备的PPE-SWNTs/聚苯乙烯纳米复合材料膜的表面的扫描电子显微图像。
[0024]图1B是显示使用5wt％ SWNTs，通过本发明的实施方案制备的PPE-SWNTs/聚苯乙烯纳米复合材料膜的截面的扫描电子显微图像。
[0025]图2A示出了对于根据本发明形成的实施方案来说，PPE-SWNTs/聚苯乙烯纳米复合材料的室温导电率(单位：西门子/米(S/m))(也称为所测量的单位体积导电率)对SWNT重量负载所作的图表。虚线表示比EMI屏蔽、静电上漆和静电耗散所要求的边界值低的近似导电率。在0％质量分数时，导电率为约10-14S/m。
[0026]图2B示出了PPE-SWNTs/聚苯乙烯纳米复合材料的室温传导率作为SWNTs的下降质量分数的函数所作的图表。突增界限值mc为0.045％。
[0027]图3A示出了通过本发明的实施方案制备的PPE-SWNTs/聚碳酸酯纳米复合材料的室温导电率对SWNT重量负载所作的图表。虚线表示比EMI屏蔽、静电上漆和静电耗散所要求的边界值低的近似导电率。
[0028]图3B示出了PPE-SWNTs/聚碳酸酯纳米复合材料的室温传导率作为SWNTs的下降质量分数的函数所作的图表。突增界限值mc为0.110％。
[0029]图4示出了以1wt％SWNTs负载的f-s-SWNTs/聚碳酸酯纳米复合材料的破裂端处断面的场致发射扫描电子显微图像。
[0030]图5A和5B示出了根据本发明一些实施方案的CNT-聚合物复合材料的传热应用。图5A示出了在膝上型应用中典型地使用的结构，和图5B示出了在桌面型和服务器应用中典型地使用的结构。向上指的大箭头表示在每一结构内的主传热路径。参见实施例2的组分说明。
[0031]图6A示出了通过溶液流铸制备的纯聚碳酸酯膜的拉伸应力作为拉伸应变函数的图表。
[0032]图6B示出了通过溶液流铸制备的具有2wt％SWNTs的f-s-SWNTs/聚碳酸酯膜的拉伸应力作为拉伸应变函数的图表。
发明详述
[0033]使用官能化、增溶的单壁碳纳米管(f-s-SWNTs)，制备高度分散的碳纳米管/聚合物纳米复合材料。这种纳米复合材料证明例如具有非常低突增界限值(0.05-0.1wt％的SWNT负载)的导电率。在没有牺牲主体聚合物的其它优选物理性能和可加工性的情况下，需要非常低的f-s-SWNTs负载来实现各种电应用所要求的传导率水平。
[0034]纳米复合材料：此处所使用的术语“纳米复合材料”是指在主体基质内分散的非共价官能化的增溶的纳米材料。主体基质可以是主体聚合物基质或者主体非聚合物基质。
[0035]主体聚合物基质：此处所使用的术语“主体聚合物基质”是指纳米材料在其内分散的聚合物基质。主体聚合物基质可以是有机聚合物基质或无机聚合物基质或其结合。
[0036]主体聚合物基质的实例包括尼龙、聚乙烯、环氧树脂、聚异戊二烯、sbs橡胶、聚二环戊二烯、聚四氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚(苯醚)、聚硅氧烷、聚酮、芳族聚酰胺、纤维素、聚酰亚胺、人造丝、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、碳纤维、聚氨酯、聚碳酸酯、聚异丁烯、聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚(醚砜)、聚(乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚酰胺、聚(亚芳基亚乙炔基)、聚(亚苯基亚乙炔基)、聚噻吩、热塑性材料、热塑性聚酯树脂(例如聚对苯二甲酸乙二酯)、热固性树脂(例如热塑性聚酯树脂或环氧树脂)、聚苯胺、聚吡咯、或聚亚苯基，例如RARMAX，例如其它共轭聚合物(例如传导聚合物)或其结合。
[0037]主体聚合物基质的进一步的实例包括热塑性材料，例如乙烯乙烯醇，氟塑料，例如聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烃、一氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯或乙烯四氟乙烯、离聚物、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚丁烯、聚乙烯、聚乙烯氯化物、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚芳基醚酮、聚碳酸酯、聚酮、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚砜或聚氨酯。在一些实施方案中，主体聚合物包括热固性材料，例如烯丙基树脂、三聚氰胺甲醛、酚醛塑料、聚酯、聚酰亚胺、环氧树脂、聚氨酯或其结合。
[0038]无机主体聚合物的实例包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚碳硅烷(polycarbosilane)、聚锗烷、聚锡烷、聚磷腈或其结合。
[0039]大于一种主体基质可存在于纳米复合材料内。通过使用大于一种主体基质，通过添加f-s-SWNTs到纳米复合材料的基质内，从而优化单一主体基质纳米复合材料的机械、热、化学或电性能。实施例4特别地提供这样一个实施方案的实例，其中在本发明的纳米复合材料内聚碳酸酯和环氧树脂作为主体聚合物提供。与具有仅仅环氧树脂作为主体聚合物的纳米复合材料膜相比，除了环氧树脂以外还添加聚碳酸酯看上去减少了纳米复合材料膜内的孔隙，而这种孔隙会劣化纳米复合材料的性能。
[0040]在一个实施方案中，设计使用两种主体聚合物以供溶剂流铸环氧纳米复合材料，其中将f-s-SWNTs、环氧树脂和硬化剂以及聚碳酸酯溶解在溶剂内，并通过溶液流铸或旋涂形成纳米复合材料膜。
[0041]主体非聚合物基质：此处所使用的“主体非聚合物基质”是指纳米材料分散在其内的非聚合物基质。主体非聚合物基质的实例包括陶瓷基质(例如碳化硅、碳化硼或氮化硼)，或金属基质(例如铝、钛、铁或铜)或其结合。官能化增溶的SWNTs在有机溶剂内例如与聚碳硅烷混合，然后除去溶剂，形成固体(膜、纤维或粉末)。所得固体f-s-SWNTs/聚碳硅烷纳米复合材料通过在真空或者惰性氛围(例如Ar)中，在900-1600℃下加热，从而进一步转化成SWNTs/SiC纳米复合材料。
[0042]纳米材料：此处所使用的术语“纳米材料”包括但不限于官能化且增溶的多壁碳或氮化硼纳米管、单壁的碳或氮化硼纳米管、碳或氮化硼纳米颗粒、碳或氮化硼纳米纤维、碳或氮化硼纳米绳、碳或氮化硼纳米带、碳或氮化硼纳米微丝、碳或氮化硼纳米针、碳或氮化硼纳米片材、碳或氮化硼纳米棒、碳或氮化硼纳米角状物(nanohorn)、碳或氮化硼纳米锥体、碳或氮化硼纳米卷形物(nanoscroll)、石墨纳米小片、纳米点，其它富勒烯材料或其结合。此处广义地使用所述“纳米管”，除非另有说明，拟包括任何类型的纳米材料。一般来说，“纳米管”是在原子水平上具有圆周的管状、绳股状结构。例如，单壁纳米管的直径典型地为约0.4纳米(nm)-约100纳米和最典型地直径为约0.7纳米-约5纳米。
[0043]尽管此处所使用的术语“SWNTs”是指单壁纳米管，但该术语意味着(除非另有说明)可被取代的以上所述的其它纳米材料。
[0044]官能化、增溶的(solubilized)纳米材料：此处所使用的术语“官能化增溶的纳米材料”是指通过用刚性、共轭聚合物非包裹、非共价官能化，从而增溶纳米材料。这种官能化和增溶可例举Chen.J.等人的碳纳米管的方法与组合物(J.Am.Chem.Soc.，124，9034(2002))，该方法导致优良的纳米管分散体，且公开于2004年2月19日公开的美国专利申请US2004/0034177(在2002年9月24日提交的USSN 10/255122)和2002年12月13日提交的美国专利申请USSN 10/318730中。
[0045]此处用于官能化和增溶所使用的术语“刚性、共轭聚合物”含有以非包裹方式与纳米管非共价键合的主链部分。主链部分可包括具有下式的基团：
Figure A20048001816000261
其中M选自Ni、Pd和Pt，
或
Figure A20048001816000264
其中在以上所述的主链部分a)-q)中的每一R1-R8表示H或F，或借助以上所述的碳或氧键键合到主链上的R基。
[0046]例如，主链可包括以上a)中的聚(亚芳基亚乙炔基)，其中R基如下所述：
i)R1＝R4＝H和R2＝R3＝OC10H21，
ii)R1＝R2＝R3＝R4＝F，
iii)R1＝R4＝H和R2＝R3＝
或
iii i)R1＝R4＝H和R2＝R3＝
Figure A20048001816000274
或其任何结合。也就是说，R基可以是H、OC10H21、F、
[0047]刚性、共轭聚合物的进一步的实施方案包括如下所述具有主链和借助醚键键合到主链上的R基的那些：
Figure A20048001816000281
Figure A20048001816000321
Figure A20048001816000331
dd)；或，另外，在ee)或jj)中所示的碳键
Figure A20048001816000361
Figure A20048001816000371
[0048]在一个实施方案中，设计R基以调节CNT在各种溶剂内的溶解度，例如使用具有直链或支链二元醇侧链的PPE聚合物提供SWNTs在DMF或NMP内的高溶解度，这进一步提供f-s-SWNTs与主体聚合物(例如聚丙烯腈)的均匀混合，其中所述主体聚合物在DMF或NMP中可溶，但在卤代溶剂(例如氯仿)中不溶。在进一步的实施方案中，如上所述借助碳-碳键或者氧-碳键键合到主链上的R基在R基周围可具有额外的反应性物质，即官能团。此处所使用的术语“周围”是指远离主链或者在主链远端(distal)的这一R基侧链的外端。这种官能团包括例如缩醛、酰卤、酰基氮化物、醛、链烷烃、酸酐、环烷烃、芳烃、链烯烃、炔烃、烷基卤、芳基卤、胺、酰胺、氨基酸、醇、氮化物、氮丙啶、偶氮化合物、杯芳烃、碳水化合物、碳酸盐、羧酸、羧酸盐、碳二亚胺、环糊精、冠醚、穴状配体、二氨基吡啶、重氮化合物、酯、醚、环氧化物、富勒烯、乙二醛、酰亚胺、亚胺、亚氨酸酯、酮、腈、异硫氰酸酯、异氰酸酯、异腈、内酯、马来酰亚胺、茂金属、NHS酯、硝基链烷烃、硝基化合物、核苷酸、低聚糖、环氧乙烷、肽、苯酚、酞菁、卟啉、膦、膦酸酯、多亚胺(例如，2，2｀-联吡啶、1，10-菲咯啉、三吡啶、哒嗪、嘧啶、嘌呤、吡嗪、1，8-二氮杂萘、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、吡唑盐(pyrazolate)、咪唑盐(imidazolate)、torand、六吡啶、4，4｀-联嘧啶)、吡啶、季铵盐、季鏻盐、醌、席夫碱、砷化物、sepulchrate、硅烷、硫化物、砜、磺酰氯、磺酸、磺酸酯、锍盐、亚砜、硫和砷化合物、硫醇、硫醚、硫醇酸、硫酯、胸腺嘧啶或其结合。
[0049]在官能化、增溶的纳米管主链远端的R基的末端处的周围官能团提高官能化、增溶的纳米材料与本发明复合材料的主体基质之间的相互作用。设计这种周围官能团以改进官能化、增溶的CNTs和主体基质之间的界面结合。例如，使用在主链远端的直链或支化侧链末端处具有反应性官能团的PPE聚合物(例如环氧化物或胺或吡啶)提供f-s-SWNTs与环氧基质之间的共价结合，因此增加例如f-s-SWNTs/环氧纳米复合材料的机械性能。此外，使用在直链或支化侧链的末端或附近处具有硫醇基的PPE聚合物例如提供f-s-SWNTs与金或银纳米颗粒(主体基质)之间提高的相互作用。进一步的实例提供用在直链侧链的末端处具有胸腺嘧啶的PPE聚合物官能化的SWNTs。然后可用这种PPE聚合物和用在直链侧链末端处具有二氨基吡啶的PPE聚合物官能化的SWNTs，通过形成强烈的平行三重(三点)氢键，从而组装纤维。
[0050]尽管此处所使用的术语“f-s-SWNTs”是指官能化、增溶的单壁纳米管，但该术语意味着(除非另有说明)可被取代的以上所述的其它纳米材料。
[0051]用于官能化的刚性、共轭聚合物包括例如聚(亚苯基亚乙炔基)(PPE)、聚(亚芳基亚乙炔基)或聚(3-癸基噻吩)。这种官能化提供碳纳米材料在溶剂内的溶解度，且不需要冗长的超声化工序。这一非包裹官能化适合于此处所述的纳米材料。由于聚合物通过非共价而不是共价连接结合到纳米材料表面上，因此纳米管的基本电子结构及其关键特征没有受到影响。
[0052]复杂纳米复合材料：纳米复合材料本身可用作第二填料的主体基质，以形成复杂纳米复合材料。第二填料的实例包括：连续纤维(例如碳纤维、碳纳米管纤维、碳纳米管纳米复合纤维、KEVLAR纤维、ZYLON纤维、SPECTRA纤维、尼龙纤维或其结合)、不连续纤维(例如碳纤维、碳纳米管纤维、碳纳米管纳米复合纤维、KEVLAR纤维、ZYLON纤维、SPECTRA纤维、尼龙纤维或其结合)、纳米颗粒(例如金属颗粒、聚合物颗粒、陶瓷颗粒、纳米粘土、金刚石颗粒或其结合)和微颗粒(例如金属颗粒、聚合物颗粒、陶瓷颗粒、粘土、金刚石颗粒或其结合)。
[0053]许多现有材料在基质内使用连续纤维，例如碳纤维。这些纤维比碳纳米管大得多。添加f-s-SWNTs到连续纤维增强的纳米复合材料的基质内导致复杂的纳米复合材料，其具有改进的性能，例如改进的抗冲性、降低的热应力、降低的微裂纹、降低的热膨胀系数或增加的横向或贯穿厚度方向的导热率。在复杂纳米复合材料结构内的所得优点包括改进的耐久性、改进的尺寸稳定性、消除在低温燃料罐或压力容器内的泄漏、改进的贯穿厚度方向或平面内的导热率、增加的接地或电磁干扰(EMI)屏蔽、增加的飞轮储能，或者微调的射频信号(Stealth)。改进的导热率还可降低红外(IR)信号。通过添加f-s-SWNTs证明改进的性能的另外的现有材料包括例如用于导电率或导热率的金属颗粒纳米复合材料，纳米粘土纳米复合材料，或者金刚石颗粒纳米复合材料。
[0054]制备纳米复合材料的方法：将纳米材料掺入到主体基质内的方法包括但不限于，(i)在官能化增溶的纳米材料存在下，在溶剂体系内就地聚合主体聚合物的单体；(ii)在溶剂体系内混合官能化增溶的纳米材料和主体基质；或者(iii)混合官能化增溶的纳米材料与主体聚合物熔体。
[0055]根据本发明的一些实施方案，形成纳米复合材料的方法包括使用溶剂溶解官能化增溶的纳米材料和主体基质。溶剂可以是有机或者含水溶剂，例如CHCl3、氯苯、水、乙酸、丙酮、乙腈、苯胺、苯、苯腈、苄醇、溴苯、溴仿、1-丁醇、2-丁醇、二硫化碳、四氯化碳、氯苯、氯仿、环己烷、环己醇、萘烷、二溴甲烷、二甘醇、二甘醇醚、二乙醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基甲烷、N，N-二甲基甲酰胺、乙醇、乙胺、乙苯、乙二醇醚、乙二醇、环氧乙烷、甲醛、甲酸、甘油、庚烷、己烷、碘苯、1，3，5-三甲基苯、甲醇、甲氧基苯、甲胺、二溴甲烷、二氯甲烷、甲基吡啶、吗啉、萘、硝基苯、硝基甲烷、辛烷、戊烷、戊醇、苯酚、1-丙醇、2-丙醇、吡啶、吡咯、吡咯烷、喹啉、1，1，2，2-四氯乙烷、四氯乙烯、四氢呋喃、四氢吡喃、1，2，3，4-四氢化萘、四甲基乙二胺、噻吩、甲苯、1，2，4-三氯苯、1，1，1-三氯乙烷、1，1，2-三氯乙烷、三氯乙烯、三乙胺、三甘醇二甲醚、1，3，5-三甲基苯、间二甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、1，2-二氯苯、1，3-二氯苯、1，4-二氯苯或N-甲基-2-吡咯烷酮。
[0056]溶剂的进一步的实例包括离子液体或超临界溶剂。离子液体的实例包括例如四正丁基溴化鏻、四正丁基溴化铵、1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-己基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-甲基-3-辛基咪唑鎓氯化物、1-丁基-4-甲基吡啶鎓氯化物、1-乙基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-己基-3-甲基咪唑鎓四氟硼酸盐、3-甲基-1-辛基咪唑鎓四氟硼酸盐、1-丁基-4-甲基吡啶鎓四氟硼酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐、1-丁基-4-甲基吡啶鎓六氟磷酸盐、1，3-二甲基咪唑鎓甲基硫酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓甲基硫酸盐、二甲基咪唑鎓三氟甲磺酸盐(triflate)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓三氟甲磺酸盐、1-丁基-3-乙基咪唑鎓三氟甲磺酸盐或三己基十四烷基氯化鏻。超临界溶剂的实例包括例如超临界二氧化碳、超临界水、超临界氨水或超临界乙烯。
[0057]官能化增溶的纳米材料可占纳米复合材料的大于0且小于100％重量或体积；等于或在任何下述百分数范围内的用量：0.01％、0.02％、0.04％、0.05％、0.075％、0.1％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、5.5％、6.0％、7.0％、8.0％、9.0％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％和75％；等于或大于0.1％且小于或等于50％重量或体积用量的纳米复合材料；或者等于或大于1％到10％重量或体积用量的纳米复合材料。
[0058]对于f-s-SWNTs/主体基质纳米复合材料来说，f-s-SWNTs的质量分数负载值仅仅基于原始的SWNT材料且不包括添加剂材料(“f-s”材料)。
[0059]突增界限值：与不含官能化增溶的纳米材料的纳米复合材料相比，本发明的纳米复合材料提供优异的导电率或者导热率，或者优异的机械性能。这种纳米复合材料性能的一种测量方法是纳米复合材料的突增界限值。突增界限值是在基质内提供互连性的、存在于主体基质内的官能化增溶的纳米材料的最小重量或体积用量。低突增界限值表示在主体基体内纳米材料的良好分散。突增界限值对于主体基质的类型、纳米材料的类型、官能化/增溶类型和制备纳米复合材料的条件来说是独特的。对于特定的纳米复合材料来说，突增界限值对于特定性能来说也是独特的，即对于电性能来说的突增界限值可能不同于对于热性能来说的突增界限值，这是因为电性能提高机理不同于热性能提高机理。
[0060]本发明的复合材料证明具有在下述任何百分数值范围内的导电率突增界限值或者导热率突增界限值：0.01％、0.02％、0.04％、0.05％、0.075％、0.1％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、4.5％、5.0％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％、30％和33％重量或体积。在其它实施方案中，导电率突增界限值或者导热率突增界限值等于或大于0.01％、0.02％、0.04％、0.05％、0.1％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、3.0％、4.0％、5.0％、10％且小于或等于20.0％重量或体积。在进一步的实施方案中，导电率突增界限值或者导热率突增界限值等于或大于0.01％、0.02％、0.04％、0.05％、0.1％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、3.0％、4.0％且小于或等于5.0％重量或体积。
[0061]通过测量纳米复合材料感兴趣的性能相对于官能化增溶的纳米材料在基质(例如前述实例所提供的基质)内的负载质量分数，从而测定突增界限值。例如，纳米复合材料PPE-SWNTs/聚苯乙烯的导电率突增界限值为0.045wt％的SWNT负载，而纳米复合材料PPE-SWNTs/聚碳酸酯的导电率突增界限值为0.11wt％的SWNT负载。
[0062]用于电学应用的纳米复合材料：本发明的纳米复合材料实施方案的导电率突增界限值低于含该主体基质和除了该官能化增溶的纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。通过在可接受的负载下提供导电率，本发明的实施方案使得可用于下述应用，例如静电耗散、静电上漆、电磁干扰(EMI)屏蔽、可印刷电路线路、透明导电涂层。
[0063]含本发明纳米复合材料的制造制品包括线材、可印刷的电路线路、涂层、透明涂层、抗蚀剂材料用涂层、抗蚀剂材料、膜、纤维、粉末、油墨、可喷墨的纳米复合材料溶液、油漆、电喷油漆、EMI屏蔽物、传导密封剂、传导填缝剂、传导粘合剂、光电器件，例如用于导电应用，如静电耗散、静电上漆或电磁干燥(EMI)屏蔽的其它制品。
[0064]用于热学应用的纳米复合材料：本发明的纳米复合材料实施方案的导热率突增界限值低于含所述主体基质和除了官能化、增溶的纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。提高的导热率提供许多应用。可设计纳米复合材料更适应和保形，从而提供好得多的传热，以便利用该材料内的高导热率。因此，此处的纳米复合材料可例如用于传热，加热或者冷却，或者封装。
[0065]含本发明纳米复合材料的制造制品包括电子、光子、微电子机械(MEMS)封装、热量散布器、散热片、封装件、模件、热管道、外壳、罩子、换热器、辐射加热器、热界面材料、热量散布器、膜、纤维、粉末、涂层，机动车应用(其中包括例如机罩下方的元件、辐射器、传感器外壳、电子模件或燃料电池)，工业应用(其中包括例如电线圈元件、泵部件、电动马达部件、变压器、管道系统、导管装置或加热、排放或空气调节(HVAC)设备)。
[0066]例如，图5A和图5B示出了使用本发明纳米复合材料作为集成电路(“IC”)(或IC封装件)和附属的散热片之间热界面的传热应用，并包括散热片10、TIM2 20(在一体化热量散布器上的热界面材料)、一体化热量散布器30(HIS)、TIM1 40(在模头上的热界面材料)、模头50、底层填料60和基底70。图5A示出了典型地在膝上型应用中使用的热溶液结构的实例。图5A的结构实例包括散热片10、TIM1(在模头上的热界面材料)40、模头50、底层填料60和基底70。图5B示出了典型地在桌面型和服务器应用中使用的热溶液结构的另一实例。图5B的结构实例包括散热片10、TIM2(在一体化热量散布器上的热界面材料)20、一体化热量散布器(HIS)30、TIM1(在模头上的热界面材料)40、模头50、底层填料60和基底70。例如，本发明的纳米复合材料可在图5A和图5B的结构中在TIM1 40或TIM2 20中使用。
[0067]通过本发明的纳米复合材料提供的导热率性能使得该纳米复合材料适合于冷却电子元件，例如，通过有效地将热量导离该元件(到例如散热片10上)来冷却图5A和5B的结构实例中的电子元件。在一些实施方案中，可以以所需方式适配在结构体内而成形的固体材料(例如固体片材)的形式来实施纳米复合材料的界面(例如TIM1 40和/或TIM2 20)。在其它实施方案中，可以以粘稠(例如，“胶粘物”)物质形式实施纳米复合材料界面。
[0068]用于机械应用的纳米复合材料：与含所述主体基质和除了官能化、增溶的纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，本发明的纳米复合材料实施方案具有改进的机械性能，例如拉伸应力、拉伸应变、刚度、强度、断裂韧性、抗蠕变力、抗蠕变破裂和抗疲劳性。通过在可接受的负载下提供改进的机械性能，本发明的实施方案使得可用于各种机械应用。
[0069]含本发明纳米复合材料的制造制品包括粘合剂、增强连续纤维材料、航空结构、航空燃气汽轮机元件、空间飞行器结构体、仪器结构体、导弹、运载火箭结构、可再利用的运载火箭的冷却燃料罐附件、压缩天然气和氢气燃料罐、轮船和船只结构体、压力容器附件、体育用品、工业设备、机动车和运输工具、海上油田勘探和生产设备、风力涡轮叶片、医疗设备(例如X-射线工作台)、矫正术、弥补术、膜、纤维、粉末或家具。
[0070]对于大于一种性能或者大于一种改进的性能来说具有低突增界限值的纳米复合材料：尽管对于不同的性能来说，本发明的纳米复合材料可具有不同的突增界限值，但对于大于一种性能来说，纳米复合材料可具有低的突增界限值，并因此提供多种有利的性能。例如，在低的f-s-SWNT负载下，纳米复合材料可具有增加的导电率，另外，在该负载下具有提高的机械或热性能。由于f-s-SWNT的多功能性质，因此，此处的纳米复合材料可用于一种或大于一种的例如电、机械、热、化学、传感和驱动应用。
[0071]粘合剂广泛用于组装电子元件、在许多应用中，它们必需是电绝缘体。然而，在许多应用中导电率是想要的或者至少可接受。对于具有改进的导热率的粘合剂来说，还存在强的驱动力。例如，金刚石颗粒增强的粘合剂现在用于生产应用中。基于此处纳米复合材料有利的导热率，这可能是重要的应用。例如，其中希望高导热率但要求电绝缘的情况下，可使用非常薄的电绝缘界面结合纳米复合材料，以便多层结构既提供电绝缘，又提供高的导热率。
[0072]含本发明纳米复合材料的进一步的制造制品包括例如航空器结构体、航空燃气汽轮机元件、空间飞行器结构体、仪器结构体、导弹、运载火箭结构体、可再利用的运载火箭的冷却燃料罐、轮船或船只结构体、体育用品、工业设备、机动车或运输工具、海上油田勘探或生产设备、风力涡轮叶片、医疗设备(例如X-射线工作台)、矫正术或弥补术。
[0073]Chen，J等人(J.Am.Chem.Soc.，124，9034(2002))公开了在本发明实施例中所使用的非共价官能化碳纳米管的方法以供制备纳米复合材料，该方法导致优良的纳米管分散体。通过高压一氧化碳方法(HiPco)生产的SWNTs购自Carbon Nanotechnologies，Inc.(Houston，TX)，且在剧烈摇动和/或短时间的浴超声下，与聚(亚苯基亚乙炔基)(PPE)一起溶解于氯仿中，正如Chen，J.等人(ibid)和2004年2月19日公开的美国专利申请US 2004/0034177(2002年9月24日提交的USSN 10/255122)和2002年12月13日提交的美国专利申请USSN 10/318730中所述。对于本发明的实施例来说，由Haiying Liu(Department of Chemistry，Michigan Technological University，Houghton，Michigan 49931)提供PPE。
[0074]列出下述实施例，进一步阐述本发明的各方面，且不打算限制本发明的范围。
实施例1：聚合物和官能化、增溶的纳米材料的纳米复合材料的导电率
[0075]与聚合物本身相比，本发明实施例中的非共价官能化、可溶的SWNTs/聚合物纳米复合材料显示出导电性的改进，且具有非常低的突增界限值(0.05-0.1wt％的SWNT负载)。
[0076]在氯仿内混合PPE官能化的SWNT溶液与主体聚合物(聚碳酸酯或聚苯乙烯)溶液，得到均匀的纳米管/聚合物纳米复合材料溶液。在具有100纳米厚热氧化物层的硅片上，通过滴液流铸(drop casting)或者通过缓慢速度的旋涂，由该溶液制备均匀的纳米复合材料膜。然后加热样品到80-90℃，以除去残留溶剂。
[0077]制备纳米管聚合物纳米复合材料膜，其在聚苯乙烯以及聚碳酸酯内具有从0.01wt％到10wt％各种含量的增溶和官能化的SWNT负载。使用LEO 1530 Scanning Electron Microscope或profilameter测量膜的厚度。纳米复合材料膜的典型厚度范围为2-10微米。对于f-s-SWNTs/主体聚合物纳米复合材料来说，SWNT的质量分数负载仅仅基于原始的SWNT材料，不包括添加剂材料。图1A和图1B示出了通过溶液流铸制备的PPE-SWNTs/聚苯乙烯纳米复合材料膜(5wt％SWNTs)的表面(1A)和截面(1B)的扫描电子显微(SEM)图像。该图像表明PPE-官能化的SWNTs在主体聚合物基质内的优良分散。f-s-SWNTs不仅沿着表面随机分布(图1A)，而且随机分布在整个截面中(图1B)，这表明在主体聚合物基质内形成各向同性的三维纳米管网络，从而可提供纳米复合材料具有各向同性导电率的可能性。该膜显示出在聚合物基质内均匀混合的单独且成束的f-s-SWNTs。
[0078]使用标准的4点探针方法进行导电率测量，以降低接触电阻的影响。使用Phillips DM 2812电源和Keithly 2002数字万用表，测量样品的电流-电压特征。
[0079]使用PPE官能化的纳米管制备的复合材料显示出非常低的突增界限值且导电率增加许多个数量级。图2A示出了根据本发明实施方案形成的PPE-SWNTs/聚苯乙烯纳米复合材料所测量的单位体积导电率作为SWNT负载的函数。在0.02wt％-0.05wt％的SWNT负载下复合材料的导电率显著增加，从而表明形成渗透网络(percolatingnetwork)。在渗透网络刚一形成时，导电率服从次方定律关系：
                σc∝(ν-νc)β         (1)
其中σc是复合材料的导电率，ν是SWNT的体积分数，νc是突增界限值，和β是临界指数。聚合物与SWNT的密度类似，因此，认为在聚合物内SWNT的质量分数m和体积分数v相同。如图2B所示，PPE-SWNTs/聚苯乙烯的导电率与上式(1)的渗透行为非常一致。其中mc＝0.045％和β＝1.54的直线得到很好适合于校正因子为0.994的数据，这表明在0.045wt％的SWNT负载下极低的突增界限值。非常低的突增界限值是高长径比的可溶f-s-SWNTs的优良分散的表征。为了比较，纯聚苯乙烯的导电率为约10-14S/m(C.A.Harper，Handbook ofPlastics，Elastomers，and Composites，4th ed.(McGraw-Hill，2002))，和原始(未官能化的)HiPco-SWNT Buckypaper的导电率为约5.1×104S/m。Buckypaper不是此处所使用的纳米复合材料，这是因为不存在主体聚合物。
[0080]除了非常低的突增界限值以外，纳米复合材料的导电率在7wt％的SWNT负载下达到6.89S/m，这比纯聚苯乙烯(10-14S/m)高14个数量级。在7wt％的SWNT负载下，6.89S/m的导电率比通过就地聚合制备的未官能化的SWNTs(8.5wt％)/聚苯乙烯纳米复合材料(1.34×10-5S/m)高5个数量级(H.J.Barraza等人的NanoLett.2，797(2002))。与就地聚合技术相比，使用官能化的碳纳米管获得高度分散的纳米复合材料的这一方法可用于各种主体基质且不要求冗长的超声工序。
[0081]图3A和图3B示出了对于通过与图2A和图2B相同的工序制备的纳米复合材料来说，PPE-SWNTs/聚碳酸酯纳米复合材料的导电率(所测量的单位体积导电率)作为SWNT负载的函数。在相同的SWNT负载下，PPE-SWNTs/聚碳酸酯的导电率通常高于PPE-SWNTs/聚苯乙烯。例如，在7wt％的SWNT负载下，导电率达到4.81×102S/m，这比纯聚碳酸酯(约10-13S/m，C.A.Harper，ibid)高15个数量级。对于聚碳酸酯纳米复合材料来说，如图3B所示，观察到0.11wt％的SWNT负载下非常低的突增界限值(mc＝0.11％；β＝2.79)。
[0082]图2A和图3A还示出了对于电学应用例如静电耗散、静电上漆和EMI屏蔽来说的导电率水平(Miler，PlasticsWorld，54，73(1996年9月))。如图3A所示，对于例如静电耗散和静电上漆来说，在聚碳酸酯内0.3wt％的SWNT负载是合适的，和对于EMI屏蔽应用来说，3wt％的SWNT负载是合适的。由于要求仅仅非常低的f-s-SWNT负载以实现所述的导电率水平，因此，在纳米复合材料内，主体聚合物的其它优选的物理性能和可加工性将会最小地受到牺牲。
[0083]与以前的技术(M.J.Bieruck等，Appl.Phys.Lett.80，2767(2002)；Park，C.等，Chem.Phys.Lett.，364，303(2002)；Barraza，H.J.等，Nano Letters，2，797(2002))相反，本发明的方法可用于组装各种不同的聚合物基质，且纳米管分散体非常均匀。高的导电率水平表明碳纳米管的电性能没有受到纳米复合材料的影响。此外，由于不存在冗长的超声工序，因此碳纳米管的长度得到保持。
实施例2：聚合物和官能化、增溶的纳米材料的纳米复合材料的导热率
[0084]与聚合物本身相比，本发明实施例的非共价官能化、可溶SWNTs/聚合物纳米复合材料显示出导热率的改进。
[0085]对具有从0.5wt％到10wt％各种含量的SWNTs负载的纳米复合材料进行导热率测量。通过溶液流铸，在PTFE基底上制备纳米复合材料膜，并从基底上剥离该自立式膜。典型的膜厚度为约50-100微米。使用商用Hitachi Thermal Conductivity MeasurementSystem(Hitachi，Ltd.，6，Kanda-Surugadai 4-chome，Chiyoda-ku，Tokyo 101-8010，日本)测量面外导热率。在室温下，与纯聚碳酸酯相比，在10wt％的SWNT负载下，f-s-SWNTs/聚碳酸酯纳米复合材料膜导致～35％的面外导热率增加。
实施例3：
聚合物和官能化、增溶纳米材料的纳米复合材料的机械性能
[0086]与聚合物本身相比，该实施例提供f-s-SWNTs和聚合物的纳米复合材料的改进的机械性能。
[0087]术语PARMAX(Mississippi PolymerTechnologies，Inc.，Bay Saint Luis，MS)是指一组热塑性刚性棒条状聚合物，其可溶于有机溶剂且可熔融加工。PARMAX以取代的聚(1，4-亚苯基)为基础，其中每一亚苯基环具有取代的有机基团R。PARMAX通式结构如下I所示。
[0088]在II中示出了PARMAX-1000的单体，和在III中示出了PARMAX-1200的单体。
[0089]将PARMAX-1200在氯仿内的溶液与PPE-SWNT在氯仿内的溶液混合。在基底，例如玻璃上流铸该溶液，并使之干燥形成膜。进一步在真空下和在对于溶剂来说合适的温度下干燥该膜，对于氯仿来说，环境温度是合适的。
[0090]使用Instron Mechnical Testing System(Model5567，Instron Corporation Headquaters，100 RoyallStreet，Canton，MA，02021，USA)，测量纳米复合材料的机械性能。结果表明，与PARMAX材料本身相比，在纳米复合材料内2wt％的SWNTs增强导致拉伸强度～29％的增加(从154增加到199MPa)和杨氏模量～51％的增加(从3.9增加到5.9GPa)。
[0091]此外，通过在PTFE基底上溶液流铸制备纯聚碳酸酯膜和f-s-SWNTs(2wt％的SWNTs)/聚碳酸酯膜。如前所述进行机械测量。图6A示出了对于纯聚碳酸酯膜来说，拉伸应力对拉伸应变的机械性能，和图6B示出了对于f-s-SWNTs(2wt％的SWNTs)/聚碳酸酯膜来说，拉伸应力对拉伸应变的机械性能。例如，填充2wt％的SWNTs导致聚碳酸酯拉伸强度增加79％，和断裂应变(拉伸应变)增加约10倍。
[0092]除了膜流铸方法以外，也可通过其它方法例如压塑、挤出或纤维纺丝，制备PPE-SWNT/PARMAX纳米复合材料。在一种方法中，将PARMAX-1200在氯仿内的溶液与PPE-SWNT在氯仿内的溶液混合，形成PPE-SWNT/PARMAX纳米复合材料的均匀溶液。在剧烈搅拌下，将乙醇加入到PPE-SWNT/PARMAX纳米复合材料的溶液中，沉淀纳米复合材料。在过滤和干燥之后，获得PPE-SWNT/PARMAX纳米复合材料的均匀粉末。通过在200-400℃(优选315℃)下压塑～30分钟，将所得纳米复合材料粉末制成各种成型固体。
[0093]图4示出了在f-s-SWNTs/聚碳酸酯纳米复合材料内的断面。甚至在断裂之后，纳米管保留在基质内，这表明与主体聚合物的强相互作用。原始的纳米管常常与基质的相互作用差，也就是说，断裂排挤出它们并在材料内留下孔隙。
实施例4：两种主体聚合物和官能化、增溶纳米材料的纳米复合材料的改进的性能
[0094]该实施例提供f-s-SWNTs和两种主体聚合物的纳米复合材料与一种主体聚合物的相比所具有的改进的机械和电性能。
[0095]进行含f-s-SWNTs/环氧树脂和f-s-SWNTs/环氧树脂和聚碳酸酯作为主体聚合物的纳米复合材料在电和机械性能方面的比较。在有或无聚碳酸酯的情况下，由环氧树脂、环氧硬化剂、PPE-SWNTs组装纳米复合材料。处理步骤是分散PPE-SWNTs和环氧树脂、硬化剂与为最终组合物5wt％的聚碳酸酯(在含有聚碳酸酯的那些组合物内)，并搅拌或摇动，直到混合物均匀分散形成纳米复合材料。对于膜来说，将混合物溶液流铸或者旋涂，和通过蒸发除去溶剂，产生具有优良纳米管分散的纳米复合材料膜。
[0096]表1示出了约50微米厚的溶剂流铸膜的所得机械和电性能。
表1.具有两种主体聚合物和官能化、增溶纳米材料的纳米复合材料的机械和电性能
  膜   SWNT负载(wt％)   杨氏模量(GPa)   断裂拉伸强度(MPa)   导电率(S/m)
  环氧SC-15   0   0.42   16.0   10-14
  f-s-SWNTs/环氧(无聚碳酸酯)   5   0.75   22.2   0.053
  f-s-SWNTs/环氧+5wt％聚碳酸酯   5   1.23   46.3   1.17
[0097]由表1的数据可以看出，添加f-s-SWNTs到环氧树脂中的有效性是显而易见的，它表明，单独环氧膜的导电率为10-14S/m，和具有官能化增溶纳米管的环氧膜的导电率为5.3×10-2S/m，增加约12个数量级。与单独的环氧相比，具有环氧和f-s-SWNTs的膜在机械性能方面提供适中的改进(对于纳米复合材料来说，杨氏模量为0.75Gpa，和对于环氧膜来说为0.42GPa，和对于纳米复合材料来说，拉伸强度为22.2MPa，和对于环氧膜来说为16.0MPa)，这可能是由于在膜内的孔隙所致。
[0098]由表1的数据可以看出，添加聚碳酸酯到f-s-SWNTs和环氧树脂中的有效性是显而易见的，它表明，机械性能改进约2倍(对于两种聚合物的复合材料来说，杨氏模量为1.23GPa，和对于一种聚合物的复合材料来说为0.75GPa，和对于两种聚合物的复合材料来说，拉伸强度为46.3MPa，和对于一种聚合物的复合材料来说，为22.2MPa)。与具有一种聚合物的复合材料相比，具有两种聚合物的纳米复合材料的膜在导电率方面提供约20倍的改进(对于两种聚合物的纳米复合材料来说为1.17S/m，而一种聚合物的复合材料为0.053S/m)。
[0099]根据本说明书的考虑或者此处披露的实施方案的做法，本发明的其它实施方案对于熟练本领域的技术人员来说是显而易见的。然而，前述说明被视为仅仅是本发明的例举，和本发明的真实范围与精神通过下述权利要求来表示。
[0100]此处所使用的术语“一个”和“一(a，an)”认为是指“一个”、“至少一个”或者“一个或者多个”，除非另有说明。

Claims (129)

1.一种纳米复合材料，它包括：
包括聚合物基质或非聚合物基质的主体基质，和
分散在该主体基质内的官能化、增溶的纳米材料，
其中该纳米复合材料的导电率突增界限值或者导热率突增界限值低于含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。
2.权利要求1的纳米复合材料，其中该纳米复合材料的导电率突增界限值低于含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。
3.权利要求1的纳米复合材料，其中该纳米复合材料的导热率突增界限值低于含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。
4.权利要求1的纳米复合材料，其中主体基质是聚合物基质和聚合物基质包括热塑性聚合物、热固性聚合物或其结合。
5.权利要求1的纳米复合材料，其中主体基质是聚合物基质和聚合物基质包括无机聚合物基质。
6.权利要求5的纳米复合材料，其中无机聚合物基质包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚碳硅烷、聚锗烷、聚锡烷、聚磷腈或其结合。
7.权利要求1的纳米复合材料，其中主体基质是聚合物基质和聚合物基质包括尼龙、聚乙烯、聚异戊二烯、sbs橡胶、聚二环戊二烯、聚四氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚硅氧烷、芳族聚酰胺、纤维素、人造丝、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、碳纤维、聚异丁烯、聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚(亚芳基亚乙炔基)、聚(亚苯基亚乙炔基)、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚亚苯基、乙烯乙烯基醇、氟塑料、离聚物、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚丁烯、聚乙烯、聚乙烯氯化物、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚芳基醚酮、聚碳酸酯、聚酮、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂、聚氨酯或其结合。
8.权利要求7的纳米复合材料，其中聚合物基质包括聚苯乙烯。
9.权利要求7的纳米复合材料，其中聚合物基质包括聚亚苯基。
10.权利要求7的纳米复合材料，其中聚合物基质包括聚碳酸酯。
11.权利要求7的纳米复合材料，其中聚合物基质包括氟塑料，和氟塑料包括聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烃、一氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯、乙烯四氟乙烯或其结合。
12.权利要求1的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化且增溶的单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米颗粒、碳纳米片材、碳纳米纤维、碳纳米绳、碳纳米带、碳纳米微丝、碳纳米针、碳纳米角状物、碳纳米锥体、碳纳米卷状物、碳纳米点或其结合。
13.权利要求1的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化且增溶的单壁氮化硼纳米管、多壁氮化硼纳米管、氮化硼纳米颗粒、氮化硼纳米片材、氮化硼纳米纤维、氮化硼纳米绳、氮化硼纳米带、氮化硼纳米微丝、氮化硼纳米针、氮化硼纳米角状物、氮化硼纳米锥体、氮化硼纳米卷状物、氮化硼纳米点或其结合。
14.权利要求1的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化且增溶的石墨纳米小片、官能化且增溶的富勒烯材料或其结合。
15.权利要求1的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或体积。
16.权利要求1的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或体积。
17.权利要求1的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.1％且小于或等于10.0％重量或体积。
18.权利要求1的纳米复合材料，其中纳米复合材料的官能化、增溶纳米材料是第一填料和纳米复合材料进一步包括第二填料以形成复杂纳米复合材料，
其中第二填料包括连续纤维、不连续纤维、纳米颗粒、微粒、大颗粒或其结合，和
第二填料不同于官能化、增溶纳米材料。
19.权利要求1的纳米复合材料，其中主体基质是第一主体聚合物基质，和纳米复合材料进一步包括第二主体聚合物基质，
其中官能化、增溶纳米材料分散在第一和第二主体聚合物基质内，和
其中该纳米复合材料的导电率突增界限值或者导热率突增界限值低于含所述第一和第二主体聚合物基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。
20.权利要求19的纳米复合材料，其中第一主体聚合物基质是环氧树脂和第二主体聚合物基质是聚碳酸酯。
21.一种制造制品，它包括权利要求1的纳米复合材料。
22.一种制造制品，它包括权利要求2的纳米复合材料。
23.一种制造制品，它包括权利要求3的纳米复合材料。
24.一种制造制品，它包括权利要求12的纳米复合材料。
25.一种制造制品，它包括权利要求18的纳米复合材料。
26.一种制造制品，它包括权利要求19的纳米复合材料。
27.权利要求21的制造制品，其中该制造制品包括纤维。
28.权利要求21的制造制品，其中该制造制品包括膜。
29.权利要求21的制造制品，其中该制造制品包括粉末。
30.权利要求24的制造制品，其中该制造制品包括纤维。
31.一种增加包括聚合物基质或非聚合物基质的主体基质的导电率或者导热率的方法，该方法包括：
在主体基质材料内分散官能化、增溶的纳米材料，形成纳米复合材料，
其中该纳米复合材料的导电率突增界限值或者导热率突增界限值低于含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。
32.权利要求31的方法，其中主体基质材料是主体基质。
33.权利要求31的方法，其中主体基质材料包括主体聚合物基质的单体，和该方法进一步包括在官能化、增溶纳米材料存在下聚合主体聚合物基质材料的步骤。
34.权利要求31的方法，其中主体基质是第一主体聚合物基质，和该方法进一步包括：
分散第二主体聚合物基质材料与官能化、增溶纳米材料和第一主体聚合物基质材料，形成含第一主体聚合物基质和第二主体聚合物基质的纳米复合材料，
其中纳米复合材料的导电率突增界限值或者导热率突增界限值低于含所述第一和第二主体聚合物基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。
35.权利要求34的方法，其中第一主体聚合物基质材料是第一主体聚合物基质和第二主体聚合物基质材料是第二主体聚合物基质。
36.权利要求34的方法，其中第一主体聚合物基质材料包括第一主体聚合物基质材料的单体，第二主体聚合物基质材料包括第二主体聚合物基质材料的单体，和该方法进一步包括在官能化、增溶纳米材料存在下聚合主体聚合物基质材料的步骤。
37.权利要求31的方法，其中纳米复合材料的导电率突增界限值低于含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。
38.权利要求31的方法，其中纳米复合材料的导热率突增界限值低于含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。
39.权利要求31的方法，其中主体基质材料包括热塑性聚合物或者其单体，或者热固性聚合物或者其单体，或者其结合。
40.权利要求31的方法，其中主体基质是聚合物基质和聚合物基质包括无机聚合物基质。
41.权利要求40的方法，其中无机聚合物基质包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚碳硅烷、聚锗烷、聚锡烷、聚磷腈或其结合。
42.权利要求31的方法，其中主体基质包括含下述的主体聚合物基质材料：尼龙、聚乙烯、聚异戊二烯、sbs橡胶、聚二环戊二烯、聚四氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚硅氧烷、芳族聚酰胺、纤维素、人造丝、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、碳纤维、聚异丁烯、聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚(亚芳基亚乙炔基)、聚(亚苯基亚乙炔基)、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚亚苯基、乙烯乙烯基醇、氟塑料、离聚物、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚丁烯、聚乙烯、聚乙烯氯化物、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚芳基醚酮、聚碳酸酯、聚酮、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂、或聚氨酯，或其单体，或其结合。
43.权利要求42的方法，其中主体聚合物基质材料包括聚苯乙烯或其单体。
44.权利要求42的方法，其中主体聚合物基质材料包括聚亚苯基或其单体。
45.权利要求42的方法，其中主体聚合物基质材料包括聚碳酸酯或其单体。
46.权利要求42的方法，其中主体聚合物基质材料包括氟塑料，和氟塑料包括聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烃、一氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯或乙烯四氟乙烯或其单体或其结合。
47.权利要求31的方法，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化、增溶的单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米颗粒、碳纳米片材、碳纳米纤维、碳纳米绳、碳纳米带、碳纳米微丝、碳纳米针、碳纳米角状物、碳纳米锥体、碳纳米卷状物、碳纳米点或其结合。
48.权利要求31的方法，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化、增溶的单壁氮化硼纳米管、多壁氮化硼纳米管、氮化硼纳米颗粒、氮化硼纳米片材、氮化硼纳米纤维、氮化硼纳米绳、氮化硼纳米带、氮化硼纳米微丝、氮化硼纳米针、氮化硼纳米角状物、氮化硼纳米锥体、氮化硼纳米卷状物、氮化硼纳米点或其结合。
49.权利要求31的方法，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化、增溶的石墨纳米小片、官能化且增溶的富勒烯材料或其结合。
50.权利要求31的方法，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或体积。
51.权利要求31的方法，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或体积。
52.权利要求31的方法，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.1％且小于或等于10.0％重量或体积。
53.权利要求31的方法，其中官能化、增溶纳米材料是第一填料和分散进一步包括：
在主体基质材料内分散第二填料，形成复杂纳米复合材料，其中第二填料包括连续纤维、不连续纤维、纳米颗粒、微粒、大颗粒或其结合，和
其中第二填料不同于官能化、增溶纳米材料。
54.权利要求34的方法，其中第一主体聚合物基质是环氧聚合物和第二主体聚合物基质是聚碳酸酯聚合物。
55.通过权利要求31的方法生产的产品。
56.通过权利要求34的方法生产的产品。
57.通过权利要求53的方法生产的产品。
58.一种纳米复合材料，它包括：
聚合物基质或非聚合物基质的主体基质，其中聚合物基质不同于聚苯乙烯和聚碳酸酯，和
分散在该主体基质内的官能化、增溶的纳米材料，
其中与含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有提高的机械性能。
59.权利要求58的纳米复合材料，其中主体基质是聚合物基质和聚合物基质包括热塑性聚合物、热固性聚合物或其结合。
60.权利要求58的纳米复合材料，其中主体基质是聚合物基质和聚合物基质包括无机聚合物基质。
61.权利要求58的纳米复合材料，其中主体基质是聚合物基质和主体聚合物基质包括尼龙、聚乙烯、聚异戊二烯、sbs橡胶、聚二环戊二烯、聚四氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚硅氧烷、芳族聚酰胺、纤维素、人造丝、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、碳纤维、聚异丁烯、聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚(亚芳基亚乙炔基)、聚(亚苯基亚乙炔基)、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚亚苯基、乙烯乙烯基醇、氟塑料、离聚物、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚丁烯、聚乙烯、聚乙烯氯化物、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚芳基醚酮、聚酮、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂、聚氨酯或其结合。
62.权利要求58的纳米复合材料，其中主体聚合物基质包括聚亚苯基。
63.权利要求58的纳米复合材料，其中主体聚合物基质包括氟塑料，和氟塑料包括聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烃、一氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯、乙烯四氟乙烯或其结合。
64.权利要求58的纳米复合材料，其中主体基质是第一主体聚合物基质和纳米复合材料进一步包括第二主体聚合物基质，
其中官能化、增溶纳米材料分散在第一和第二主体聚合物基质内，和
其中与含所述第一和第二主体聚合物基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有提高的机械性能。
65.权利要求58的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化且增溶的单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米颗粒、碳纳米片材、碳纳米纤维、碳纳米绳、碳纳米带、碳纳米微丝、碳纳米针、碳纳米角状物、碳纳米锥体、碳纳米卷状物、碳纳米点或其结合。
66.权利要求58的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化且增溶的单壁氮化硼纳米管、多壁氮化硼纳米管、氮化硼纳米颗粒、氮化硼纳米片材、氮化硼纳米纤维、氮化硼纳米绳、氮化硼纳米带、氮化硼纳米微丝、氮化硼纳米针、氮化硼纳米角状物、氮化硼纳米锥体、氮化硼纳米卷状物、氮化硼纳米点或其结合。
67.权利要求58的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化且增溶的石墨纳米小片、官能化且增溶的富勒烯材料或其结合。
68.权利要求58的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或体积。
69.权利要求58的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或体积。
70.权利要求58的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料是第一填料和纳米复合材料进一步包括第二填料以形成复杂纳米复合材料，
其中第二填料包括连续纤维、不连续纤维、纳米颗粒、微粒、大颗粒或其结合，和
第二填料不同于官能化、增溶纳米材料。
71.一种纳米复合材料，它包括：
聚苯乙烯，和
分散在该聚苯乙烯内的官能化、增溶纳米材料，
其中与含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有提高的机械性能。
72.权利要求71的纳米复合材料，其中聚苯乙烯是第一主体聚合物基质和纳米复合材料进一步包括第二主体聚合物基质，
其中官能化、增溶纳米材料分散在第一和第二基质聚合物基质内，和
其中与含所述第一和第二基质聚合物基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有提高的机械性能。
73.权利要求71的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化且增溶的单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米颗粒、碳纳米片材、碳纳米纤维、碳纳米绳、碳纳米带、碳纳米微丝、碳纳米针、碳纳米角状物、碳纳米锥体、碳纳米卷状物、碳纳米点或其结合。
74.权利要求71的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或体积。
75.权利要求71的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或体积。
76.一种纳米复合材料，它包括：
包括第一聚合物基质和第二聚合物基质的主体基质，其中第一聚合物基质是聚碳酸酯，和
分散在该主体基质内的官能化、增溶纳米材料，
其中与含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有提高的机械性能。
77.权利要求76的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化且增溶的单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米颗粒、碳纳米片材、碳纳米纤维、碳纳米绳、碳纳米带、碳纳米微丝、碳纳米针、碳纳米角状物、碳纳米锥体、碳纳米卷状物、碳纳米点或其结合。
78.权利要求76的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或体积。
79.权利要求76的纳米复合材料，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或体积。
80.权利要求76的纳米复合材料，其中纳米复合材料中的官能化、增溶纳米材料是第一填料，和该纳米复合材料进一步包括第二填料，以形成复杂的纳米复合材料，
其中第二填料包括连续纤维、不连续纤维、纳米颗粒、微粒、大颗粒或其结合，和
第二填料不同于官能化、增溶纳米材料。
81.一种制造制品，它包括权利要求58的纳米复合材料。
82.一种制造制品，它包括权利要求60的纳米复合材料。
83.一种制造制品，它包括权利要求61的纳米复合材料。
84.一种改进包括聚合物基质或非聚合物基质的主体基质的机械性能的方法，其中该主体基质不同于聚苯乙烯或聚碳酸酯，该方法包括：
在主体基质材料内分散官能化、增溶的纳米材料，形成纳米复合材料，
其中与含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有改进的机械性能。
85.权利要求84的方法，其中主体基质材料是主体基质。
86.权利要求84的方法，其中主体基质材料包括主体基质的单体，和该方法进一步包括在官能化、增溶纳米材料存在下聚合主体基质材料的步骤。
87.权利要求84的方法，其中主体基质是第一主体聚合物基质，和该方法进一步包括：
分散第二主体聚合物基质材料与官能化、增溶的纳米材料以及第一主体聚合物基质材料，形成含第一主体聚合物基质和第二主体聚合物基质的纳米复合材料，
其中与含所述第一和第二基质聚合物基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有改进的机械性能。
88.权利要求87的方法，其中第一主体聚合物基质材料是第一主体聚合物基质。
89.权利要求87的方法，其中第一主体聚合物基质材料包括第一主体聚合物基质材料的单体，和该方法进一步包括在官能化、增溶纳米材料存在下聚合主体聚合物基质材料的步骤。
90.权利要求84的方法，其中主体聚合物基质材料包括热塑性聚合物或其单体，热固性聚合物树脂或其单体，或其结合。
91.权利要求84的方法，其中主体基质是聚合物基质，和该聚合物基质包括无机聚合物基质。
92.权利要求91的方法，其中无机聚合物基质包括聚硅氧烷、聚硅烷、聚碳硅烷、聚锗烷、聚锡烷、聚磷腈或其结合。
93.权利要求84的方法，其中主体基质包括主体聚合物基质材料，所述主体聚合物基质材料包括尼龙、聚乙烯、聚异戊二烯、sbs橡胶、聚二环戊二烯、聚四氟乙烯、聚(苯硫醚)、聚硅氧烷、芳族聚酰胺、纤维素、人造丝、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(偏氯乙烯)、聚(偏氟乙烯)、碳纤维、聚异丁烯、聚氯丁二烯、聚丁二烯、聚丙烯、聚(氯乙烯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚氰基丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚(亚芳基亚乙炔基)、聚(亚苯基亚乙炔基)、聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚亚苯基、乙烯乙烯基醇、氟塑料、离聚物、聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚丁烯、聚乙烯、聚乙烯氯化物、聚甲基戊烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚芳基醚酮、聚酮、聚酯、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰亚胺、聚苯醚、聚苯硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚砜、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂或聚氨酯或其单体或其结合。
94.权利要求93的方法，其中主体聚合物基质材料包括聚亚苯基或其单体。
95.权利要求93的方法，其中主体聚合物基质材料包括氟塑料，和该氟塑料包括聚四氟乙烯、氟乙烯丙烯、全氟烷氧基烷烃、一氯三氟乙烯、乙烯一氯三氟乙烯、乙烯四氟乙烯、或其单体、或其结合。
96.权利要求84的方法，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化、增溶的单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米颗粒、碳纳米片材、碳纳米纤维、碳纳米绳、碳纳米带、碳纳米微丝、碳纳米针、碳纳米角状物、碳纳米锥体、碳纳米卷状物、碳纳米点或其结合。
97.权利要求84的方法，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或体积。
98.权利要求84的方法，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或体积。
99.权利要求84的方法，其中官能化、增溶纳米材料是第一填料，和分散进一步包括：
在主体基质材料内分散第二填料，形成复杂纳米复合材料，其中第二填料包括连续纤维、不连续纤维、纳米颗粒、微粒、大颗粒或其结合，和
其中第二填料不同于官能化、增溶纳米材料。
100.通过权利要求84的方法生产的产品。
101.通过权利要求87的方法生产的产品。
102.通过权利要求99的方法生产的产品。
103.一种改进聚苯乙烯机械性能的方法，该方法包括：
在苯乙烯聚合物材料内分散官能化、增溶纳米材料，形成纳米复合材料，
其中与含所述聚苯乙烯和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有改进的机械性能。
104.权利要求103的方法，其中苯乙烯聚合物材料是聚苯乙烯。
105.权利要求103的方法，其中苯乙烯聚合物材料包括聚苯乙烯单体，和该方法进一步包括在官能化、增溶纳米材料存在下聚合该材料的步骤。
106.权利要求103的方法，其中苯乙烯是第一主体聚合物基质，和该方法进一步包括：
分散第二主体聚合物基质材料与官能化、增溶纳米材料以及第一主体聚合物基质材料，形成含第一主体聚合物基质和第二主体聚合物基质的纳米复合材料，
其中与含所述第一和第二主体聚合物基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有改进的机械性能。
107.权利要求103的方法，其中官能化、增溶纳米材料包括官能化、增溶的单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米颗粒、碳纳米片材、碳纳米纤维、碳纳米绳、碳纳米带、碳纳米微丝、碳纳米针、碳纳米角状物、碳纳米锥体、碳纳米卷状物、碳纳米点或其结合。
108.权利要求103的方法，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.01％且小于或等于75.0％重量或体积。
109.权利要求103的方法，其中官能化、增溶纳米材料用量占纳米复合材料的等于或大于0.04％且小于或等于50.0％重量或体积。
110.权利要求103的方法，其中官能化、增溶纳米材料是第一填料，和分散进一步包括：
在主体基质材料内分散第二填料，形成复杂纳米复合材料，
其中第二填料包括连续纤维、不连续纤维、纳米颗粒、微粒、大颗粒或其结合，和
其中第二填料不同于官能化、增溶纳米材料。
111.通过权利要求103的方法生产的产品。
112.通过权利要求110的方法生产的产品。
113.一种改进包括第一聚合物基质和第二聚合物基质的主体基质的机械性能的方法，其中第一聚合物基质是聚碳酸酯，该方法包括：
在主体聚合物材料内分散官能化、增溶的纳米材料，形成纳米复合材料，
其中与含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有改进的机械性能。
114.权利要求113的方法，其中官能化、增溶纳米材料是第一填料，和分散进一步包括：
在主体基质材料内分散第二填料，形成复杂纳米复合材料，
其中第二填料包括连续纤维、不连续纤维、纳米颗粒、微粒、大颗粒或其结合，和
其中第二填料不同于官能化、增溶纳米材料。
115.通过权利要求113的方法生产的产品。
116.通过权利要求114的方法生产的产品。
117.一种制造制品，它包括权利要求64的纳米复合材料。
118.一种制造制品，它包括权利要求65的纳米复合材料。
119.一种制造制品，它包括权利要求70的纳米复合材料。
120.一种制造制品，它包括权利要求71的纳米复合材料。
121.一种制造制品，它包括权利要求76的纳米复合材料。
122.一种纳米复合材料，它包括：
包括非聚合物基质的主体基质，和
分散在主体基质内的官能化、增溶纳米材料，
其中该纳米复合材料的导电率突增界限值或者导热率突增界限值低于含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料。
123.权利要求122的纳米复合材料，其中非聚合物基质包括陶瓷基质。
124.权利要求122的纳米复合材料，其中非聚合物基质包括金属基质。
125.一种纳米复合材料，它包括：
包括非聚合物基质的主体基质，和
分散在主体基质内的官能化、增溶纳米材料，
其中与含所述主体基质和除了所述官能化、增溶纳米材料以外的纳米材料的纳米复合材料相比，该纳米复合材料具有提高的机械性能。
126.权利要求125的纳米复合材料，其中非聚合物基质包括陶瓷基质。
127.权利要求125的纳米复合材料，其中非聚合物基质包括金属基质。
128.一种制造制品，它包括权利要求122的纳米复合材料。
129.一种制造制品，它包括权利要求125的纳米复合材料。
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