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在最近的研究中，碳納米管和石墨烯被用來提高它們的性能，并促進它們在更廣泛的工程領域的潛在應用。近期發表了《Polymer》期刊上的一篇文章開展了最新的研究。

( a ) 石墨烯、( b ) 氧化石墨烯、( c ) 還原氧化石墨烯、( d ) 單壁碳納米管 ( e ) 多壁碳納米管和 ( f ) 功能化碳納米管的結構

木塑復合材料

木塑復合材料由 50%木粉（重量比）和熱塑性聚合物（如聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯）組成。此外，它們還含有少量添加劑如偶聯劑和染料。復合材料中的木材具有高強度，而聚合物具有疏水性。它們通常用于建筑，可以通過定制其性能特征來設計用于特定任務。

木塑復合材料的優點包括使用壽命長、易于維護和增強的耐用性。由于按重量計聚合物含量大，它們可以很容易地成型加工為特定的復雜形狀，并且可以使用普通的木材成型工具進一步成型。此外，木材含量和使用再生聚合物的潛力賦予可持續性優勢，符合循環經濟的概念。

然而，木質聚合物復合材料（wood-polymer composites，WPC）也具有一些缺點，比如它們的機械性能可能比某些材料（如原木）差，因為它們由聚合物基體較大比重決定的，這使復合材料的機械性能更接近聚合物的機械性能。此外，它們可能容易受到環境退化的影響，例如水分、溫度、光、機械應力和微生物。這會影響復合材料的機械強度及其美學性能。

天然纖維增強復合材料

盡管木質聚合物復合材料有缺點，但它們的優勢和已經廣泛使用的優點有利于研究發展。最近的研究已擴展到天然纖維增強復合材料的制造，這些復合材料由其他富含纖維素的材料組成，這些材料來自植物殼、竹子和用作填料碾碎的稻草等。

由于近年來對天然纖維增強復合材料的研究興趣擴大，木質聚合物混凝土有時被歸類為一個亞類。這些復合材料沒有像木質聚合物復合材料那樣廣泛應用，因為目前發現它們的性能不太令人滿意。然而，該領域的最新研究令人鼓舞。

用碳納米提高復合材料的性能

最近的研究集中在改善機械性能、應用范圍、利用新型基質類型和開發新的制造工藝上。一個值得注意的研究領域是使用碳納米材料（如碳納米管和石墨烯， carbon nanomaterials，CNM）來豐富這些復合材料。

碳納米管和石墨烯是碳的納米同素異形體，其原子結構賦予這些納米材料卓越的機械強度、剛度、導熱性和導電性。此外，這些納米材料具有超疏水性、重量輕且耐化學性，而且它們環境友好的，因為它們可以由 CO2和甲烷生產，這兩者都是典型的溫室氣體。

生產 CNM 增強 WPC時使用的各種工藝方案。( A ) 使用 CNM 粉末進行壓縮/注射成型，( B ) 使用 CNM 母料進行壓縮成型，( C ) 選擇性激光燒結，( D ) 使用涂有 CNM 懸浮液的木粉進行壓縮成型/高溫固化。

事實上，石墨烯和碳納米管的第一個主要商業應用是在聚合物復合材料中。自發現以來，它們已被用于傳感器、電磁屏蔽、超級電容器和輕質強韌建筑材料等產品的復合材料中。這兩種碳納米材料都增強了復合材料的熱穩定性和機械性能等，降低了可燃性，并將導熱性和導電性引入材料。

這項新研究對富含碳納米材料的木質聚合物復合材料和天然纖維增強復合材料進行了全面的綜述，探索了碳納米材料可能改善復合材料性能的方法，并分析了可能影響其性能的因素。

迄今為止，研究人員已經研究的性能包括機械性能、熱穩定性、可燃性、光穩定性、吸水性和膨脹厚度、發泡效率、熱性能和電性能。這些特性已在文獻綜述中進行了深入探討。作者還展示了通過將碳納米管和石墨烯作為混合復合材料中的填充材料而實現的新穎創新應用示例。

此外，作者提出使用富含碳納米管的木質聚合物復合材料作為彎曲、溫度和水的傳感器，據悉這些材料尚未針對這些應用進行評估。最后，該研究確定了成本等實際考慮因素，列出了該領域的主要挑戰，并確定了未來的研究方向。

目前的研究表明，這些材料具有成本效益，有助于它們的商業應用。然而，如果它們要廣泛用于商業用途，還需要進一步研究如何控制它們的特性。