摘要：

在注射環氧樹脂之前，先使用EPD將CNTs沉積到碳纖維織物上，來製造碳/環氧 符合材料。EPD所用的碳纖維布購買過來直接使用，其中有專用環氧樹脂膠料。在使用EPD之前，先使用臭氧氧化CNTs，然後使用PEI(polyethylenemine)官能化， CNT氧化採用一種新型的迴圈系統，允許在高功率超聲作用下，對大量CNTs溶液進行臭氧分解，便於製備適用於EPD的穩定分散體。

之後講的是指標測試，不是本文關注重點。

1. introduction

CFRR(carbon-fiber reinforced polymer)複合材料有很好的面內伸縮性，但是沿厚度方向的強度和柔韌性很差，為增加厚度方向的屬性，考慮在CFRP中增加CNTS。CNTS在亞微米尺度上有很強的強度和剛度，用來填充到carbon-fiber之間的空隙，在這，聚合物基底決定了複合材料的強度和韌性屬性。一種方法是在使用樹脂注入之前，使用化學氣相沉積(CVD)在carbon-fiber中生長CNTs。CVD缺點： 生長的CNTs在carbon-fiber中體積分數很高，resign infusion有困難，會導致carbon-fiber強度降低，損壞拉伸屬性。化學氣相沉積需要高溫， 600-1000度，過程不易控，

尋求可替代方法。

EPD廣泛用於工業塗層應用。低能量損耗，可以覆蓋複雜的形狀，塗覆層厚度和密度可控，

[5, 6]製作CNTs和陶瓷 (ceramic)

[7]大量方法用於將CNTs均勻分散在水溶液中，來使得CNT帶電。

溶劑的選擇， CNTs的官能化方法以及電壓的選擇都會影響到薄膜的形成， 水的電解也會影響薄膜的孔隙

[9]使用非週期AC和DC脈衝

EDP也可以用於碳纖維織物的層次化複合結構的製備[10, 11]使用CNT的水溶液,碳環氧複合材料在機械效能上僅得到適度的改善，但導電性提高很多。特別是沉積過程中，加入銅的情況下。[11] EPD使用較低的濃度，~1%.

EPD的成功依賴於CNTs的官能化，形成表面電荷。表面電荷和電位依賴於溶液的PH，能利用排斥作用是的CNTs在溶液中均勻分散和在電場中移動。
儘管[7]酸處理傳統上用於製備穩定分散體,[12-14]臭氧和臭氧-紫外線氧化也被使用。與腐蝕性更強的酸相比，臭氧處理產生更少的羧酸基[15]。臭氧處理對CNTs的損害更小[16].
[12]取決於臭氧處理時間和CNT結構，中性PH下，電位可達40mv.[8]這樣的電位在中性PH下可導致快速高效的EPD?

臭氧處理碳材料已有多年曆史，
氧基是輕度酸性羧酸、醇和羰基官能團的組合
在拉曼光譜中沒有發現PAN微晶結構的改變，表明臭氧分解只發生在表面，這與XPS的分析和多壁CNTs的臭氧處理拉曼分析一致。

CNT的另一種官能化使用聚合電解質(polyelectrolytes) 比如聚乙烯亞胺(polyethyleneimine, PEI)[19], [20]PEI在水溶液中有很高的PH值，但是如果加入一種溫和的酸，能在PH低於8的溶液中形成質子化的氨基和+50mv的電位，可以陰極沉積cnt。假設電極上高的PH梯度導致CNTs的沉積和塗覆層的形成[19]。PEI的濃度會影響CNT的吸附效率[21],最佳範圍是按重量PEI 佔30%[22]The concentration of PEI used can influence the adsorption efficiency onto the functionalized CNTw， ith
optimal coverage of acid-functionalized CNTs being achieved
with 30% by weight of PEI[23]化學處理(如氧化）能會形成碳納米管與聚合物基體之間的共價鍵會增強機械效能但會影響電氣效能。
建立PEI和CNTs之間化學結合的方法是使用苯甲酸處理，它促進了複合膜的沉積，對CNTs造成最小損傷[22]

2. 實驗 experimental

2.1 material and processing

1. 多壁碳納米管(MTCNNs)(CM-95, Hanwha Nanotech, Korea)使用超聲波臭氧分解或酸處理來氧化。超聲波臭氧分解如圖1，無水氧氣以500ml/min的流速進入臭氧生成器(1000BT-12 from Taoture International), MWCNT的水溶液溫度冷卻至5度。使用碘滴定測量的方法，操作2h之後，臭氧濃度達到20mg/L[24], 蠕動泵(peristaltic pump, Model MU-D01 from Major Science, USA) 將MWCNT溶液泵到超聲發生器單元（sonicator cell， 800B Flocell, Qsonica, USA）水浴溫度也為5度，大功率超聲處理((Sonicator 3000 from Misonix, USA)使用直徑12.7mm的horn，工作在60W。超聲處理時間為16h。
2. 臭氧處理後的MWCNTs也要與PEI混合(H(NHCH2CH2)58NH2, Mw: 25,000 Sigma–Aldrich, USA),PEI的濃度與MWCNTs相同。超聲處理4h。
3. PEI和臭氧處理後的MWCNTs使用冰醋酸(Sigma–Aldrich)調節PH至6，酸處理需要6min的CNTs迴流， 在體積比為1:3的 $HNO_3和H_2SO_4$溶液(Sigma Aldrich USA)中,在使用之前先用蒸餾水清洗，然後再超聲處理16h，
4. [將c-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPS), (Sigma–Aldrich) 按重量0.5%加入到官能化的MWCNTs，然後超聲處理4h。 這一步操作步驟可以不使用][將c-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPS), (Sigma–Aldrich) 按重量0.5%加入到官能化的MWCNTs，然後超聲處理4h。 這一步操作步驟可以不使用]

2.2 電泳沉積 Electrophoretic deposition (EPD)

臭氧和酸處理後的功能化MWCNTs的沉積場強為43V/cm,而，臭氧和PEI功能化的MWCNTs的場強為28V/cm.用於PEI-MWCNT沉積的低場強度可以降低高導電性溶液的焦耳加熱。沉積時間為40min，覆蓋stainless steel (316 SS McMaster-Carr, USA)和unidirectional (UD) carbon-fiber (T700S, Soller Composites, USA).UD碳纖維織物的EPD處理使用4個電極，每個電極的塗層面積為75平方釐米，不鏽鋼電極的兩端分別放置在纖維的兩側。沉積在體積為1L的矩形玻璃鋼中

另一篇文章：

臭氧分解和超聲處理製備PEI官能化的CNTs。

在織物上沉積是將織物放在陰極電極前，並施加
dc電流。
微觀結構表明：單個纖維被CNT覆蓋，並在纖維表面形成CNT薄膜。！在纖維材料內部，CNTs網路在相鄰的纖維之間跨接。？

使用的是這個裝置：

• Anode 陽極
• cathode 陰極
• tensioner 拉緊器
• teflon spacer 聚四氟乙烯墊片
• galss fabric 玻璃纖維

該裝置能使陽極、陰極和拉伸的纖維水平浸入275ml的CNT溶液中。陰極沉積的電場強度為12到64V/cm, 沉積時間為10-75min。覆蓋區域為800 $mm^2$.在一些情況下，在EPD之前也將γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPS) (Sigma-Aldrich)以2-4g/L新增到CNT-PEI的分散液中， 在PH=6情況下水解2h。如果雙面塗覆，則將纖維反轉。

施加電壓 ： ASTM D25707
施加 面內剪下力： ASTM D3846-02

高PH導致分散的不穩定。

CNT在層間的分佈：

外表面的薄膜浸入性很好。a， 幾乎沒有空隙，即使在更高的解析度觀察下，b；在織物內部，在纖維內部形成薄的CNT膜，並且在相鄰的纖維之間形成CNT的連線。c和d沿著纖維的長度，和整個厚度上。

沿纖維方向和垂直於纖維方向。