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1、第3期纳米科技No.32007年6月Nanoscience&NanotechnologyJune2007碳纳米管的功能化及其在聚合物结构复合材料中的应用*刘举庆,肖潭,吴萍(汕头大学理学院物理系,广东汕头515063)摘要:总结了可用于复合材料制备的碳纳米管的功能化形式和内容,简要评述了功能化碳纳米管在聚合物结构复合材料制备中的应用情况,并展望了今后的研究方向。关键词:碳纳米管;功能化;聚合物复合材料FunctionalizationofCarbonNanotubesandTheirApplicationsinStructuralPolymer
2、CompositesLIUJu-qing,XIAOTan,WUPing(DepartmentofPhysics,SchoolofScience,ShantouUniversity,Shantou515063,China)Abstract:Thefunctionalizedformandcontentsofcarbonnanotubeswhichappliedtothepreparationofthecompositesaresummarized.Theapplicationsoffunctionalizedcarbonnanotubesfort
3、hepreparationofpolymercompositesarebrieflyreviewedandpresentsomeresearchdirectionsinthefuture.Keywords:carbonnanotube;functionalization;polymercomposite中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:1812-1918(2007)03-0021-050引言结构材料是人们研究碳纳米管/聚合物复合材料的主要目的之一。和传统纤维复合材料情况类[1]碳纳米管是迄今已知的最细最强的纤维材似,碳纳米管/聚合物
4、复合材料的力学性能主要取料,它不但具有超高的拉伸强度和良好的韧性,而决于碳管与基体间的界面作用以及碳管在基体[2]且还具有良好的化学稳定性和热稳定性,可用于中的分散和取向。有研究表明,如果采用普通(这复合材料的增强。从分子结构上来看,碳纳米管的里指未功能化)的碳纳米管作为聚合物复合材料[3]C-C键链段结构与高分子的链段结构相近,若将的增强相,碳管与聚合物基体之间的界面作用较碳管与高分子材料进行混合,预期能够较好地结弱且容易团聚,碳管在基体中分散性差;如果在合,形成具有实际用途的碳纳米管/聚合物复合材普通碳管表面引入特定的化学功能团,则能较好[
5、4]料。1994年Ajayan等第一次制备出碳纳米管/聚地解决这些问题。鉴于碳纳米管功能化对聚合物合物复合材料,从此纳米复合材料良好的应用前结构复合材料制备的重要性,本文总结了国内外景吸引了越来越多的科研工作者投入到这一领这方面的研究进展,并对今后的研究方向进行了域。开发出一种全新的、具有高比强度和比刚度的展望。收稿日期:2006-11-091碳纳米管的功能化*基金项目:国家自然科学基金资助项目(10572079),教育部留学回国人员科研启动基金资助项目按照化学活性基团与碳纳米管是否存在化学21第4卷第3期纳米材料与应用Vol.4No.3200
6、7年6月Nanomaterial&ApplicationJune2007反应,功能化可分为共价功能化和非共价功能化团嫁接到碳管上。上述功能化的过程都需要溶剂[20]两类,其中共价功能化又分为端部和缺陷功能化、的参与。Dyke等报道了一种无溶剂功能化碳纳侧壁共价功能化两种情况。米管的方法:他们将单壁碳纳米管和取代苯胺放在配有冷凝管和磁力搅拌器的瓶中,再缓慢加入1.1共价功能化亚硝酸异戊酯,边加热边搅拌,最后过滤烘干获得1.1.1端部和缺陷功能化功能化碳管。这种方法可用于大批量的碳管功能由于碳纳米管的端部含有碳五元环结构,加化,同时降低了成本。上自
7、身结构存在的拓扑缺陷、重新杂化缺陷和非通过共价功能化在碳纳米管表面嫁接一些特完全键合缺陷,使得端部与缺陷区域的碳原子具殊基团或分子链,不仅能够增强碳管在溶剂中的有较高的化学活性,易被氧化形成一些具有反应溶解性,还可以改善碳管在聚合物中的分散性与[5]活性的功能团。Tsang等利用强酸对碳纳米管进[21]相容性。但是,共价功能化也存在着某些不足:行化学切割,得到端部开口的碳纳米管,发现开口3一方面它会引入sp杂化缺陷,降低碳纳米管本身端含有一定数量的羟基或羧基,认为可以利用这[22][23]的力学性能;另一方面强酸氧化会使碳纳米管些活性基团对碳纳
8、米管进行有机化学修饰。常用[24]变短,降低其长径比,影响它对复合材料的增强的功能化路线是采用混酸处理,在碳纳米管的端效果。而非共价功能化则能够避免这
