碳纳米管类流体的制备及特性研究

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1、武汉理T大学硕士学位论文摘要碳纳米管(c卜rrs)是一种新型的一维纳米材料，由于其独特的结构、力学性能和电性能，在先进功能材料中占有不可取代的位置。但是碳纳米管具有很高的表面自由能，处于热力学不稳定状态，易团聚，难分散，使得碳纳米管的应用受到一定的限制。目前的研究工作主要集中在为了提高其分散性的表面修饰，增强其与聚合物的相容性以及设计具有更新的综合行为的衍生物。一般对于碳纳米管的化学修饰主要包括碳管表面的共价接枝，以及通过表面分子堆积(P键)和在碳管表面包覆高分子。前面所有的化学修饰方法均只展示了在溶剂存在下的类固态行为，而没有实现宏观的从固一液相的相念转换。最近

2、我们通过在碳纳米管表面引入柔性长链制各了具有类液体行为的碳纳米管类流体。这种碳纳米管类流体具有流动特性、零蒸汽压，具有特殊的性能(如折射率、粘度、导电性和磁性)，并且实现了低温下材料从固．液相的转化。同时，通过共混法制备了碳纳米管类流体／PAll复合材料，通过扫描电镜观察了碳纳米管在聚合物基体中的分散及取向，并利用转矩流变仪表征了碳纳米管类流体对聚合物的增塑作用。本论文通过对碳纳米管进行了以下几个方面的研究：1．碳纳米管的表面氧化，使碳纳米管表面产生一定含量的羟基。研究氧化剂(高锰酸钾、Fenton试剂、混酸)的种类、用量和氧化条件对碳纳米管表面产生的氧化基团的影

3、响规律。通过FTIR、XPS等测试技术定性、定量分析氧化基团的结构。确定控制表面羟基含量的技术关键。2．通过o．Si桥键使碳纳米管表面接枝上有机正离子盐。研究有机正离子盐的硅氧烷基团与碳纳米管表面的羟基的反应机制及产物的提纯方法。确定最佳反应浓度、时问、温度和介质种类以及提纯有机离子盐的技术关键。3．碳纳米管有机正离子盐与壬基酚聚氧乙烯醚硫酸钠通过离子交换接上含n个醚键的长链有机负离子盐，制备出目标产品碳纳米管类流体。确定最佳反应条件，并通过红外光谱(FTIR)、热失重(TG)、低温DSC以及剪切模量的测定对纳米粒子类流体进行表征。4．采用共混法制备了碳纳米管类流

4、体／PAll和原始碳纳米管／PAll复合材料。通过扫描电镜(SEM)观察了纳米粒子类流体在聚合物基体中的均匀分散及取向。并利用转矩流变仪表征了碳管类流体对聚合物的增塑。关键词：碳纳米管羟基自I机离子盐碳纳米管类流体复合材料武汉理一1=大学硕十学位论文AbstractCarbonnanotubes(cwrs)，anovelone-dimensionalcarbonnanomaterial，undoubtedlyoccupyauniquepositionamongadvancedmaterialsduetotheirnovelstructure，excellentel

5、ectricalconductivityandmechanicalproperties．Unfortunately,duetohighsurfacefreeenergy,CNTswillbeaggregatedeasily．ThiswilllimittheapplicationsofCNTs．RegardingthechemistryofCNTs，sinnificantworkhasfocusedontheirsurfacefunctionalizationwiththeaimofenhancingdispersibilitywithpolymers，anddes

6、igningnovelderivativeswithevenmorecomplexbehaviof．Ingeneral，thechemicalfunctionalizationofCNTstakeplaceeitherviacovalentgraftingtothegraphiticsurface，structuraldefects，andendcupsofthetubes，throughmolecularstacking(pstacking)onthewalls，orbywrappingofthetubeswithpolymers．Ineachcase，func

7、tionalizedCNTsexhibitsolidlikebehaviorintheabsenceofsolventsanddonotundergoanymacroscopicsolid-to·liquidtransition．Recently,wehavedevelopedaseriesoffunctionalizedCNTsthatexhibitliquidlikebehaviorintheabsenceofadiluentorsolvent．Thesolventlesscarbonnanotubesfluidsaresynthesizedbyattachi

8、ngaco