新型无溶剂纳米流体的制备及其应用探索

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1、摘要摘要无溶剂纳米流体是一种新型有机-无机杂化纳米材料。其可以在常温常压、且没有任何溶剂的条件下呈现出液体的状态，与此同时，其中的纳米粒子可以实现单个分散。无机纳米粒子，如二氧化硅，四氧化三铁，碳纳米管，石墨烯等经常会被用作纳米流体的核，硅烷偶联剂等可以作为其颈状层，具有柔性长链的有机物常被用作其冠状层。由于无溶剂纳米流体的结构具有可设计性，即通过对其冠状层所具有的功能性基团的选择，可以使无溶剂纳米流体实现不同的功能。目前对于无溶剂纳米流体的应用的研究主要集中在润滑、热能管理、复合材料改性和气体吸附

2、等方面。由于无溶剂纳米流体可以实现纳米粒子的单个分散，解决了纳米粒子在应用中面临的最大问题，有利于纳米材料发挥纳米效应。所以，在对现有无溶剂纳米流体做更加深入研究的同时，合成新型无溶剂纳米流体并探索其在新的领域的应用，对于无溶剂纳米流体的发展具有重要意义。本论文主要包括两部分内容，内容一为倍半硅氧烷(POSS)无溶剂纳米流体的制备及其应用研究，内容二为基于聚苯胺包覆四氧化三铁纳米粒子的无溶剂纳米流体的制备及其应用研究。首先，通过结构设计，制备出了基于POSS的六种无溶剂纳米流体，这六种流体具有类似的

3、结构，相同的核部分，但是在结合方式、分子量、粘度、-NH含量和接枝密度等方面各有不同。通过对不同种流体的CO捕集性能进行测试，2阐明了无溶剂纳米流体的结构与捕集CO性能关系规律，揭示了这些影响因素2的作用方式机理。理论上，当流体是通过共价键结合，含有较多的-NH，粘度低且粒径小的时候，其更可能具有很好的CO捕集效果，并且具有更好的可循环2性能。研究发现，对于多数POSS无溶剂纳米流体来说，其对于CO的捕集主要2集中在物理吸附上，化学吸收所占整体的比例相对较少。此外，还将具有相同核部分，在结合方式、分

4、子量、粘度、-NH含量和接枝密度等方面各有不同的四种POSS无溶剂纳米流体添加到环氧树脂中，制备出纳米复合材料，并对其机械性能，热性能进行了系统的研究。研究发现，四种无溶剂纳米流体的加入能够显著提高环氧树脂的机械性能与耐高温性能，但是由于结构的不同，提高的幅度有一定差别。并且，若流体通过共价键结合，含有较多的-NH基团，并且粘度较小，粒径较小的时候，其改性效果更好。首次制备出了基于聚苯胺包覆四氧化三体纳米粒子的无溶剂纳米流体(FeO/PANI纳米流体)，这种流体的制备尚属首次。研究了流体的导电性，发

5、现34其导电性随着温度升高而明显提高。流体的水溶液的导电性对外加磁场具有明显I西北工业大学硕士学位论文的响应性，当外加磁场方向与电场方向相同时，溶液的导电性明显高于磁场方向垂直于电场方向时的导电性。此外，当外加磁场的强度发生变化的时候，流体溶液的导电性也会随之发生相应的变化。由于FeO/PANI无溶剂纳米流体的导电34性对于磁场具有响应性，也就是说可以将磁场信号转化为电信号，它在磁场探测方面具有的潜在应用价值。并且，纳米流体在溶液中可以长时间保持稳定，这种测试得到的结果是可以重复的。此外，还研究了F

6、eO/PANI无溶剂纳米流体的CO捕集作用，发现其具有342较高的CO捕集容量，在20°C，CO压力为5MPa时，可以达到3.1mmol/g，并22且具有很好的可循环性能。关键词：无溶剂纳米流体，POSS，二氧化碳吸附，纳米复合材料，磁场探测IIAbstractAbstractSolvent-freenanofluidisakindoforganic-inorganichybridmaterial.Thesolvent-freenanofluidisliquid-likewithoutanysolv

7、entunderroomtemperature.Itsnanoparticlescanachievesinglydispersewithoutaggregations.SomenanoparticleslikeSiO,FeO,carbonnanotubeandgraphenesheetshavebeenusedascore234structureofsolvent-freenanofluid.Whilekindsofsilanecouplingagentsareusedasitscoronastru

8、cture.Inthemeantime,moleculewithsoftorganicchainsareoftenusedasitscanopystructurematerials.Thecanopystructurewithdifferentfunctionalgroupscanoffernanofluidwithdifferentfunctions.Basedonthedesignablestructures,solvent-freenanofluidshavew