碳纳米管表面有机高分子改性及其纳米复合材料的制备与表征
碳纳米管有着优异的力学性能、热学性能、以及电学性能等,被广泛应用到生产生活的各个领域。但由于碳纳米管表面惰性,比表面积大,易团聚,通过在其表面进行自组装实现功能复合化还存在一定困难。针对以上问题,本课题使用化学改性法,对碳纳米管表面进行接枝改性,在一定程度上,缓解碳纳米管的团聚；同时利用改性后的反应基团作为活性点,进而实现功能的复合化。本论文的主要工作有:
1、在酸化碳纳米管表面依次接枝PACl和丙烯酸β羟乙酯,使得碳纳米管表面含有大量的双键,进而与液体三元乙丙橡胶中的双键进行共固化。我们通过红外光谱验证了接枝的成功,用透射电镜观察了接枝前后碳纳米管微观形貌的变化,用热失重表征了碳纳米管表面聚合物的接枝率。还发现,复合材料的凝胶含量和拉伸强度随碳纳米管填充量的提高而提高,且改性的碳纳米管的两项性能要优于原始碳纳米管的。最后,通过扫描电镜还观察了复合材料拉伸断面的微观形貌,发现改性后碳纳米管在基体中的复合效果更好。
2、在酸化碳纳米管表面依次接枝PAA和硅烷偶联剂KH550,使得碳纳米管表面含有大量的硅乙氧基,经水解后,在正硅酸乙酯的碱性溶液中,通过调节氨水浓度和反应时间,原位生成不同尺寸的二氧化硅小球。并将生成的带有二氧化硅小球的碳纳米管填充到硅橡胶中,实现复合。通过红外和XPS验证了各步合成反应的成功,并通过透射电镜观察了接枝聚合物碳纳米管和原始碳纳米管的区别和不同尺寸二氧化硅改性的碳纳米管的形貌。最后,经测试发现,随着碳纳米管的含量增加,复合材料的拉伸强度和硬度明显提高,且改性的碳纳米管比原始碳纳米管的效果更加明显。
3、在碳纳米管表面接枝PAA,然后利用其表面的羧基和四氧化三铁含有的氨基,将磁性的四氧化三铁修饰到碳纳米管表面,使得碳纳米管具有磁性。红外和XPS验证了碳纳米管／PAA／四氧化三铁三者之间的化学键链接。热失重表征了杂化材料中PAA和四氧化三铁的含量。透射电镜观察了不同阶段碳纳米管的微观形貌。VSM验证了杂化材料的磁性能(磁饱和强度为47 emu g-1),所制得的杂化材料在磁铁吸附下15s后被分离出来。最后用带有磁场的旋转流变仪验证了杂化材料和四氧化三铁的磁流变性能。
4、利用微乳液聚合将混酸掺杂PANI和四氧化三铁依次接枝到碳纳米管表面,然后对该杂化材料的电磁参数进行了测试,并对吸波性能进行了研究。发现,由于介电损耗和磁损耗的协同作用使得杂化材料的吸波性能大幅提高。并通过红外、XPS、XRD等杂化材料各阶段的反应及产物进行了表征。
5、利用本体聚合,将PAA原位接枝到碳纳米管表面,然后将含有氨基的四氧化三铁接枝到碳纳米管表面,最后再在最外层包覆一种二氧化钛层。经煅烧,制备出了一种磁性高效的光催化剂。我们用红外、XPS、XRD、透射电镜表征了各个阶段的产物。经光催化测试发现,制备出的终产物比纯的二氧化钛的催化效率要高很多,而且经二次煅烧使用,仍具有很高的催化效率。
碳纳米管;有机高分子改性;纳米复合材料;接枝聚合;自组装
北京化工大学
博士
材料科学与工程
励杭泉
2011
中文
TB332;TB383
140
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）