纳米碳管的化学改性以及与高分子的复合

纳米碳管的化学改性以及与高分子的复合

【摘要】：纳米碳管是近十几年来材料领域的研究热点之一，它是一种新的碳的形式，接近理想的单晶纤维，由圆柱面六边形晶体结构的折叠碳层组成。也可以看作是以六员环排列的碳原子形成的薄片卷曲形成的管状结构物质，管的内径在几纳米到几十纳米之间，长度可达微米量级，是理想的准一维材料。这种管状物的末端可以是开放的，也可以由类似半个C_(60)分子的结构封端。根据碳管的结构可分为单壁碳管和多壁碳管。纳米碳管具有超高的机械强度，是所有已知材料中刚度最高的材料之一。此外还具有耐热、耐腐蚀、耐热冲击、传热和导电性能好、高温强度高、有自润滑性和生物相容性等一系列综合性能。因此碳管在很多领域有潜在的应用价值，尤其是碳管的刚性和高强度使它可以成为高强材料的增强剂。因此受到了理论界和应用界的广泛关注。但到目前为止，对纳米碳管的研究还有许多难点。其中一个主要难点就是纳米碳管到目前为止没有找到任何溶剂，使得对碳管进行分子级别的化学性能研究困难重重。对纳米碳管结构的理论研究还未成熟，各种功能化研究还处于起步阶段，距离工业上的应用更是遥远。在查阅大量资料的基础上，我们针对该领域的几个问题进行了研究。本论文的主要工作包括以下几个方面：1．多壁碳管氧化条件的优化由于用不同条件合成的纳米碳管在性质上有很大差异，而目前尚未有对氧化条件的系统研究，因此我们首先在纳米碳管进行化学改性的第一步骤----氧化条件上进行了优化。通过调制不同的氧化时

间，利用透射电镜技术观察纳米碳管氧化后的形貌，利用电阻测定和核磁共振宽线氢谱手段来表征碳管氧化后的结构变化，通过综合考虑各种因素，我们将本批次的纳米碳管的氧化条件定为：混合酸叠华东师范大学博士后止站报告氧化，超声时间，2小时。2.十八胺改性多壁碳管的合成、表征与性质研究合成了一系列十八胺接枝多壁碳管(MWNT一OOA)，用傅立叶红外光谱(FTIR)、透射电镜汀EM)、差示扫描量热计(OSC)、X射线衍射(XRD)以及固体高分辨核磁共振等技术对其结构进行了充分的表征。结果表明:接枝在MWN丁表面的OOA链并不是均匀分布的，而是在某些缺陷位置集中生长，从而能够形成结晶;发展了一个基于13COD/MAsNMR技术的方法，定量测量了MWN丁一OOA样品中OOA重量百分含量，这一方法同样适用于其他的改性碳管体系;当OOA重量百分含量达到28%时，MWN丁一OOA样品既可完全溶解。3.聚乙二醇接枝纳米碳管及与甲基丙烯酸甲酷的共聚选用一端轻基一端双键的低分子量的聚乙二醇与碳管进行加成反应，得到了能够同时溶于有机溶剂和水的可溶碳管，同时还保持了一定反应活性。然后，用这种可溶碳管与甲基丙烯酸甲酷进行共聚，得到了均匀透明稳定的共聚材料，并对材料的各种性质进行了研究。固体高分辨核磁共振研究表明，与接枝在MWNT表面的OOA分子不同，接枝在MWN丁表面的尸EO分子是非晶的，这是由于PEO分子中醚氧原子上的孤对电子，能与碳管的大Tr键产生n一甘相互作用，使PEO分子与碳管相互接近，平躺或缠绕在MWNT表面，因而限制了PEO分子的结晶。PEO接枝MWN丁(MWNTI尸

EO)与PEO的复合膜具有电阻的气体敏感性，溶剂蒸汽的存在会使复合膜的电阻降低，这一点与其它碳材料的高分子复合物正好相反。合成了MWNTI尸EO与MMA的共聚产物，机械性能的研究表明MWNT/尸EO对尸MMA有增韧作用。4.含有纳米碳管的聚氨酷的合成、表征及性质研究首先通过典型的两步法合成了软段为pTMO(Poly(tetramethyreneoxide))，叠年东师范大李博士后么站银告硬段为MD!(4，4’一diPhenylmethanediisocyanate)，扩链剂为AEAPS(aminoethylaminoProPyltrimethoxysilane)的聚氨醋。然后我们首次将纳米碳管与偶联剂APES(amjnoProPyltrimethoXysilane)进行加成，得到了溶于DMF的可溶碳管(MWN丁IAPES)，利用MWN丁IApES将碳管与聚氨酷用化学键连接起来，合成了含有MWN下的聚氨酷。研究证明，MWN丁与聚氨醋基体的相容性强烈的影响着复合膜的各种性能。当MWN丁与聚氨酷的相容性较好时，MWN丁的引入不仅使聚氨酷的弹性模量大幅度提高:0.5%的MWNT就可以使聚氨酷的弹性模量提高400%，同时伸长率降低有限，拉伸强度基本保持不变或稍有提高。说明MWN丁实现了对高分子的同时增强和增韧。复合膜在水中的溶胀比随MWNT/APES含量的增加而增加;在OMF中的溶胀比则随MWNTIAPES含量的增加而降低。在水中的反常现象是由于我们应用了APES这样的硅氧烷偶联剂，由于硅氧烷是亲水的，所以随着APES含量的增加，样品中的硅氧键逐渐增加，故而能够结合更多的水。本文中得到的复合膜具有较高强度，具有一定的实用价值。【关键词】：纳米碳管氧化条件化学改性可溶碳管共聚聚

乙二醇聚氨酯相容性固体高分辨核磁共振透射电镜机械性能电阻气体传感器

【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2003 【分类号】：TB383

【目录】：摘要5-8ABSTRACT8-11第一章绪论11-281.1简介11-131.2纳米碳管的化学改性13-161.3纳米碳管与高分子的复合16-211.3.1碳管与高分子物理混合16-181.3.2在NT存在的条件下实施单体的在线聚合18-201.3.3NT与高分子以共价键连接20-211.4应用前景21-231.5本论文的内容简介23-25参考文献25-28第二章多壁碳管氧化条件的优化28-361引言282实验部分28-292.1主要原料282.2MWNT的氧化282.3测试方法28-293结果与讨论29-343.1结构的比较29-333.2电阻的比较33-343.3固体宽线氢谱344结论34-35参考文献:35-36第三章十八胺改性多壁碳管的合成、表征与性质研究36-501引言362实验部分36-382.1实验原料36-372.2样品制备372.3测试方法37-383结果与讨论38-483.1聚集态结构表征38-453.2ODA含量测定45-484结论48-49参考文献49-50第四章聚乙二醇接枝纳米碳管及与甲基丙烯酸甲酯的共聚50-611引言502实验部分50-522.1主要原料50-512.2

可溶碳管的制备512.3MPA与PEO复合膜的制备512.4MPB与MMA的共聚512.5测试方法51-523结果与讨论52-583.1一端羟基一端双键的PEO的结构表征52-533.2PEO改性MWNT的聚集态结构表征53-563.3MPA／PEO复合膜的电性能56-573.4MPB与MMA的共聚57-584结论58-59参考文献:59-61第五章含有纳米碳管的聚氨酯的合成、表征及性质研究61-741引言61-622实验部分62-642.1主要原料622.2样品制备62-642.3表征方法643结果与讨论64-723.1MWNT／APES的聚集态结构表征64-653.2PU的合成65-663.3拉伸性质66-713.4溶胀性质71-724结论72-73参考文献:73-74第六章结论与展望74-77博士后期间参加学术会议情况77博士后期间发表论文情况77-78博士后期间主持和参与科研项目情况78-79致谢79 本论文购买请联系页眉网站。