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《多壁碳納米管的表面功能化及其應(yīng)用研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要Y1013673碳納米管具有極高的機(jī)械強(qiáng)度、獨(dú)特的金屬或半導(dǎo)體導(dǎo)電性、儲(chǔ)氫能力、吸附能力和較強(qiáng)的微波吸收能力，因此，被認(rèn)為是“最佳纖維”的首選材料，在航天、航空、電子、機(jī)械等高新科技領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于碳納米管之間存在較強(qiáng)的范德華力加之其巨大的比表面積和很高的長(zhǎng)徑比，使其容易團(tuán)聚或纏繞：加之碳納米管表面缺少活性基團(tuán)，在各種溶劑中的分散性都很低，限制了其功能的發(fā)揮；并且在碳納米管在基體材料中分散性差，與基體材料間的界面粘結(jié)較弱，導(dǎo)致其復(fù)合材料的性能仍不f分理想。因此目前制約碳納米管廣泛應(yīng)用的主要問題是其分散性以及與基體材料的相容性問題，而
2、解決這些問題的關(guān)鍵就是對(duì)碳納米管進(jìn)行表面功能化。碳納米管的表面功能化就是在碳納米管表面引入功能性基團(tuán)，從而增加其在溶劑或使用體系中的分散性和相容性。課題通過原位聚合法、共混法和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法對(duì)多壁碳納米管(MWNTs)的表面進(jìn)行了功能化，并采用傅里葉紅外光譜、紫外光譜、拉曼光譜、熱分析、透射電子顯微鏡、分散性等分析手段對(duì)功能化的碳納米管進(jìn)行了表征，對(duì)其功能化機(jī)理進(jìn)行了探索，并對(duì)MWNTs表面功能化基團(tuán)進(jìn)行了定量化分析與設(shè)計(jì)。課題又將特定功能化的MWNTs在膨脹型防火涂料中進(jìn)行了應(yīng)用，探索了其作用效果及機(jī)理。主要得出以下研究結(jié)果：通過N一乙烯基吡咯
3、烷酮(NVP)原位聚合法可以在MWNTs的表面引入聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，制備出的功能化的多壁碳納米管ⅢVP—MWNTs)在水和乙醇、DMF、氯仿等極性溶劑中具有良好的分散性；分析表明NVP和MWNTs之間發(fā)生了化學(xué)接枝反應(yīng)，并且原位功能化并沒有對(duì)MWNTs結(jié)構(gòu)造成較大影響。原位功能化后，MWNTs的長(zhǎng)度變短，帽端結(jié)構(gòu)已經(jīng)打開，中空結(jié)構(gòu)已經(jīng)不明顯，聚合物不均勻地包覆在其表面。從機(jī)理上，MWNTs的原位功能化屬于“graftingfrom”反應(yīng)，NVP自由基在MWNTs表面的缺陷等活性部位優(yōu)先生長(zhǎng)，經(jīng)過鏈增長(zhǎng)等過程形成PVP接枝MWNTs的反應(yīng)過程；
4、NVP溶液的濃度、超聲波振蕩時(shí)間和MWNTs表面狀態(tài)等反應(yīng)條件對(duì)MWNTs的原位功能化有較大影響?！核緷?jì)人學(xué)博I。后研究T作報(bào)告多壁碳納米管的表面功能化成其廊用研究采用共混法并在超聲波輔助下可以將聚合物PVP接入到MWNTs表面。功能化的多壁碳納米管(PVP—MwNTS)在水和乙醇、DMF、二氯甲烷和氯仿等極性溶劑中具有良好的分散性：研究表明PVP和MWNTs之間發(fā)生了一定的化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)也有明顯的物理作用。由于可以觀察到聚合物較均勻地包覆在MWNTs的表面，MWNTs的中空結(jié)構(gòu)已經(jīng)不明顯，也可以觀察到聚合物PVP積聚在MWNTs的帽端。MWNTs的共
5、混功能化屬于“graftingto”反應(yīng)機(jī)理，根據(jù)超聲化學(xué)的基本機(jī)理，PVP大分子鏈在超聲空化效應(yīng)的作用下，產(chǎn)生大量大分子自由基，由于碳納米管具有較強(qiáng)的自由基捕獲能力，陔長(zhǎng)鏈的自由基與MWNTs表面的缺陷等活性部位產(chǎn)生化學(xué)作用，形成PVP-MWNTs；超聲波輔助振蕩對(duì)MWNTs的功能化影響較大，以4h效果最佳，而PVP水溶液的濃度影響不大。采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合于段利用嵌段聚合物可以對(duì)MWNTs進(jìn)行了功能化。研究中采用酯化法將MWNTs—OH表面帶有雙鍵而活化，采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法合成出系列溴端基嵌段聚合物NVP—b—MMA、NVP．b．St和MM
6、A．b—St，再利用原子轉(zhuǎn)移自由基反應(yīng)可以將溴端基嵌段聚合物引入到活化MWNTs的表面，從而制備出嵌段聚合物NVP—b—MMA、NVP．b．St和MMA．b—St功能化的MWNTs：功能化的MWNTs在蒸餾水和無水乙醇中具有良好的分散性，并且可以分散到相應(yīng)的單體中，預(yù)示著他們?cè)谄渌嚓P(guān)結(jié)構(gòu)的聚合物基體中具有良好的分散。通過MWNTs表面功能化基團(tuán)定量化和設(shè)計(jì)研究，町以可控制備出不同表面特征的MWNTs。MWNTs可以通過硝酸、混酸和兩步法引入一COOH，其表面一COOH的含量可以通過熱重分析法和XPS分析法進(jìn)行定量化研究；在特定的條件下硝酸氧化法48h
7、可以使MWNTs表面產(chǎn)生4．80％的一COOH，而混酸氧化4h可產(chǎn)生535％的一COOH，如果進(jìn)一步由過氧化氫氧化2h，MWNTs表面產(chǎn)生的一COOH會(huì)提高到7．55％。所以，可以根據(jù)實(shí)際需要，合理地沒計(jì)MWNTs表面羧基化程度：通過羧基化、酰氯化、氨基化等系列化學(xué)反應(yīng)對(duì)MWNTs表面基團(tuán)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，按照這樣的工藝制備的MWNTs同時(shí)具有分散、增強(qiáng)、界面粘結(jié)和固化等多種功能，其針對(duì)性和實(shí)用性強(qiáng)，具有良好的定量化和可控性，為高性能MwNTs／環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備丌辟了新的途徑。摘要!!曼IIIIII∞!!!!!!■!!!!!!《≈!!!!!!■!!!!
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