碳纳米管在水中的分散性

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1、第30卷第3期2005年9月广州化学GuangzhouChemistryVol.30，No.3Sept.，20051碳纳米管在水中的分散性曹建明（深圳大学，广东深圳518060）摘要：以超声波为辅助工具，分别研究阳离子、阴离子型等表面活性剂在水中对碳纳米管分散性的影响，进而研究两种表面活性剂复配后对碳纳米管分散性的影响。通过记录分散的碳纳米管溶液的保存时间和SEM对分散效果进行分析和观察。关键词：碳纳米管；表面活性剂；分散中图分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1009-220X(2005)03-0012-06碳纳米管是由石墨碳原子层卷曲而成的形如空心圆柱状的“笼

2、形管”。在众多的纳米材料中，碳纳米管普遍被人们看好，被称之为纳米材料的“乌金”。碳纳米管自身的独特性能决定了它在高新技术的诸多领域有着诱人的应用前景[1]，已成为国际上的研究热点[2]。碳纳米管既是纳米材料又是管，属一维纳米材料，很容易发生团聚。碳纳米管团聚的原因有两个：缠绕和大比表面积引起的高表面活化能。在实际应用过程中，其团聚形态往往会破坏单根碳纳米管所表现出的优异的力学、电学特性，从而限制了碳纳米管的应用[3]。碳纳米管通常采用超声波振荡为辅助手段的溶液方法来进行分散。目前常用的碳纳米管分散剂有两类：第一类是由有机溶剂如三氯甲烷、丙酮与水组成的溶液[4]，这类溶剂

3、虽能分散碳纳米管，但分散溶液只能保留几个小时；第二类是由表面活性剂[5]组成的分散剂，常用的有十二烷基苯磺酸钠（SDS）。本文分别研究不同类型的表面活性剂对碳纳米管分散性的影响，进而研究加入两种表面活性剂复配后对碳纳米管分散性的影响。通过记录分散的碳纳米管溶液的保存时间和SEM对分散效果进行分析和观察。1实验部分1.1仪器与试剂超声波清洗机：PTA/1006。激光光散射粒度分析仪N4PLUSInfraredFourierTransformSpectrometer1730PERKIN-ELMER。扫描电镜：JEOL(日本电子)JSM-5910LV。原子力显微镜：CSPM-

4、200。全氟阳离子型表面活性剂：F(C(CF3)FCF2O)2C(CF3)CONH(CH2)3N(C2H5)2CH3IFC-134，中科院上海有机化学研究所制造。十二烷基苯磺酸钠，广州市化学试剂玻璃仪器批发部。十二烷基磺酸钠，化学纯，中国医药(集团)上海化学试剂公司。十二烷基硫酸钠，化学纯，天津市大茂化学仪器供应站。乳化剂OP，化学纯，浙江温州市化工试剂厂出品。收稿日期：2004-12-30作者简介：曹建明（1963－），男，江苏南通人，讲师，物理化学硕士，从事纳米材料制备与性能研究。第3期曹建明：碳纳米管在水中的分散性131.2实验流程适量的表面活性剂加蒸馏水加入碳纳

5、米管配置成50mL的表面活性剂溶液分散碳纳米管超声分散1h均匀分散的静止放置碳纳米管沉淀,碳纳米管溶液记录保存时间1.3实验操作（1）取若干50mL容量瓶，选取不同类型的表面活性剂，以不同浓度配制成碳纳米管的悬浮液，然后用超声波振荡，通过改变超声时间和水温来研究碳纳米管的分散性，记录保存时间。（2）选出保存时间长、分散效果好的样品用激光光散射粒度分析仪测量其粒径。（3）将分散效果好的碳纳米管的溶液滴在用超声波清洗干净的硅片上，用扫描电镜观察，检验碳纳米管分散的效果。2结果与讨论2.1碳纳米管的分散2.1.1阳离子型表面活性剂对碳纳米管分散性的影响以蒸馏水为溶剂，超声波振

6、荡1h的条件下，研究FC-134浓度为0.04～0.40g/L时对碳纳米管分散性的影响，根据保存时间确定表面活性剂的效果。由图2可以看到，Fc-134的浓度为0.10g/L时，碳纳米管的分散性较好，保存时间最长为13h，其次是浓度为0.05g/L时，保存时间为12h。2.1.2阴离子型表面活性剂对碳纳米管分散性的影响以蒸馏水为溶剂，超声波振荡1h的条件下，研究十二烷基苯磺酸钠浓度为0.08～0.56g/L时对碳纳米管分散性的影响，根据保存时间确定表面活性剂的效果。由图3可以看到，随着十二烷基苯磺酸钠浓度的增加，保存时间增加，当浓度为0.24g/L时，分散性最好；随着浓度

7、继续增加，保存时间下降，当浓度增加到0.48g/L时，保存时间下降到0。1412108642054.543.532.521.510.500.080.160.240.320.40.480.56－1Fc-134/g•L－1十二烷基苯磺酸钠/g•L图2FC-134对碳纳米管分散性的影响图3十二烷基苯磺酸钠对碳纳米管分散性的影响14广州化学第30卷2.1.3非离子型表面活性剂对碳纳米管分散性的影响以蒸馏水为溶剂，超声波振荡1h的条件下，研究加入乳化剂OP为10～40mL对碳纳米管分散性的影响，根据保存时间确定表面活性剂的效果。121086由图4可