碳纳米管/酞菁铜纳米复合材料的制备及结构性能表征
发布时间：2021-01-10 14:47
用微波辐照法合成了羧基酞菁铜,与羟基化碳纳米管进行溶液混合,并利用TEM、XRD、FTIR等研究了碳纳米管/酞菁铜复合材料的形态结构,同时测试了不同频率下复合材料的导电性和介电性能,并对复合材料在有机溶剂中的分散性进行了观察。结果表明,在碳纳米管表面上成功包覆了一层羧基酞菁铜,复合材料表面仍保留有大量的羧基活性基团,复合材料呈现出半导体性质,导电率随频率没有明显的变化,复合材料的介电常数随频率减小而增加,在10 Hz时复合材料的介电常数高达816,包覆有酞菁铜的碳纳米管在有机溶剂中的分散性也得到极大的提高,这为原位聚合法或溶液聚合法制备高介电聚合物基复合材料提供了可行性。
【文章来源】：应用化工. 2016,45(02)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
碳纳米管/酞菁铜复合材料制备示意图
滤液用浓盐酸调节至pH值为4，静置沉淀。沉淀用甲醇洗数次，离心分离，在真空烘箱中烘干，即得羧基酞菁铜(CuPc)。将CuPc溶于DMAc中，按质量比1∶1加入羟基化碳纳米管(CNT)，超声分散2h。加入一定量的EDCI和DMAP，在80℃油浴中搅拌反应6h。过滤，甲醇洗涤，得到碳纳米管/酞菁铜复合材料(CNT/CuPc)。CNT/CuPc复合材料制备示意图见图1。图1碳纳米管/酞菁铜复合材料制备示意图Fig．1SchematicdiagramofpreparationofCNT/CuPc2结果与讨论2．1CNT/CuPc形貌图2为CNT和CNT/CuPc复合材料的透射电子显微镜照片。图2CNT和CNT/CuPc复合材料的TEM图Fig．2TEMimagesofCNTandCNT/CuPccomposite由图2可知，单纯的碳纳米管表面光滑，粗细均匀，其直径约为4．29nm，而且能够清晰的看出内部的中空结构，管壁厚度也很均匀。对CNT/CuPc来说，材料仍然保持了碳纳米管的管状结构，碳纳米管光洁的表面包裹了一层酞菁铜，直径也有非常明显的增加，碳纳米管的直径在7．86～12．14nm，而且碳纳米管内部的中空结构已经变得有些模糊，这说明在碳纳米管整个外表面都包覆了一层酞菁铜。2．2晶体结构图3是CNT和CNT/CuPc复合材料的XRD谱。由图3可知，对于碳纳米管来说，在衍射角为25．8°(002)和43°(100)都出现了非常明显的碳纳米管特征结晶峰。对CNT/CuPc来说，最强的衍射峰移到了26．8°处，但是碳纳米管的(002)衍射峰并没有显现出来，这可能是因为碳纳米管与表面包覆的相互作用产生了应力，导致了碳纳米管本身晶体衍射角的稍许偏移，从而与酞菁铜结晶峰交迭而无法显现。同时，CNT/CuPc在33．1°也出现了一个小的结晶峰，这应该和包覆在碳纳米管外层的酞菁铜213
应用化工第45卷有关。结合复合材料的TEM图，表明CuPc很好地、连续地包覆在了碳纳米管表面。图3CNT和CNT/CuPc复合材料的XRD图Fig．3XRDpatternofCNTandCNT/CuPccomposite2．3CNT/CuPc的化学结构图4是CNT与CNT/CuPc复合材料的红外光谱图。图4CNT和CNT/CuPc的红外光谱图Fig．4FTIRspectraofCNTandCNT/CuPccomposite由图4可知，相对于碳纳米管来说，CNT/CuPc的红外光谱具有很明显的区别。对CNT来说，1636cm－1处的吸收峰为烯醇式—C?C—中的伸缩振动峰，1576cm－1可归因于碳纳米管本身的碳碳骨架振动，1382cm－1可归因于羟基的伸缩振动峰，1165cm－1为C—O的伸缩振动峰，同时在3650～3240cm－1有较宽的O—H伸缩振动峰，可以判断CNT含有一定数量的羟基［14］。对CNT/CuPc来说，在1138，1095，920，744cm－1处具有酞菁结构特征吸收峰，证明碳纳米管表面包覆的物质为酞菁铜［15］;在1322cm－1具有羧基中C—O伸缩振动峰，在1760～1660cm－1范围内出现较强的羰基吸收峰，在3650～3240cm－1范围内具有较宽的O—H伸缩振动峰，这说明CNT/CuPc上存在有大量的羧酸基团，进一步证明碳纳米管表面包覆的是羧基酞菁铜。2．4材料的电导率和介电性能图5为CNT/CuPc的电导率和介电常数随频率的变化曲线。图5CNT和CNT/CuPc的体积电阻率随频率的变化曲线Fig．5ThechangecurveofCNTandCNT/CuPcvolumeresistivitywithfrequency由图5可知，对复合材料直接压片测得的CNT/CuPc的电导率大约为6×10－5S/cm，而且在10～107Hz范围内基本上不随频率的变化而变化。碳纳米管本身的电导率＞100S/cm，因此进一步证明了碳纳米管已被具有半导体性质的酞菁铜完全包覆，形成了内部为高导电材料，外
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚三唑/碳纳米管复合材料的制备与性能研究[J]. 张存超,万里强,许建文,郭冰,黄发荣. 材料研究学报. 2014(07)
[2]聚氨酯基高介电常数复合材料的制备与表征[J]. 吴聪聪,王经文,陈涛,魏楠,李淑琴. 四川化工. 2011(04)
[3]聚合物基复合材料制备中碳纳米管的分散方法[J]. 陈北明,杨德安. 材料导报. 2007(S1)
[4]金属酞菁羧酸衍生物的合成[J]. 佘远斌,陈玉芸,任晓媛,戴乾圜,杨锦宗. 化工科技. 1999(02)
本文编号：2968895
【文章来源】：应用化工. 2016,45(02)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
碳纳米管/酞菁铜复合材料制备示意图
滤液用浓盐酸调节至pH值为4，静置沉淀。沉淀用甲醇洗数次，离心分离，在真空烘箱中烘干，即得羧基酞菁铜(CuPc)。将CuPc溶于DMAc中，按质量比1∶1加入羟基化碳纳米管(CNT)，超声分散2h。加入一定量的EDCI和DMAP，在80℃油浴中搅拌反应6h。过滤，甲醇洗涤，得到碳纳米管/酞菁铜复合材料(CNT/CuPc)。CNT/CuPc复合材料制备示意图见图1。图1碳纳米管/酞菁铜复合材料制备示意图Fig．1SchematicdiagramofpreparationofCNT/CuPc2结果与讨论2．1CNT/CuPc形貌图2为CNT和CNT/CuPc复合材料的透射电子显微镜照片。图2CNT和CNT/CuPc复合材料的TEM图Fig．2TEMimagesofCNTandCNT/CuPccomposite由图2可知，单纯的碳纳米管表面光滑，粗细均匀，其直径约为4．29nm，而且能够清晰的看出内部的中空结构，管壁厚度也很均匀。对CNT/CuPc来说，材料仍然保持了碳纳米管的管状结构，碳纳米管光洁的表面包裹了一层酞菁铜，直径也有非常明显的增加，碳纳米管的直径在7．86～12．14nm，而且碳纳米管内部的中空结构已经变得有些模糊，这说明在碳纳米管整个外表面都包覆了一层酞菁铜。2．2晶体结构图3是CNT和CNT/CuPc复合材料的XRD谱。由图3可知，对于碳纳米管来说，在衍射角为25．8°(002)和43°(100)都出现了非常明显的碳纳米管特征结晶峰。对CNT/CuPc来说，最强的衍射峰移到了26．8°处，但是碳纳米管的(002)衍射峰并没有显现出来，这可能是因为碳纳米管与表面包覆的相互作用产生了应力，导致了碳纳米管本身晶体衍射角的稍许偏移，从而与酞菁铜结晶峰交迭而无法显现。同时，CNT/CuPc在33．1°也出现了一个小的结晶峰，这应该和包覆在碳纳米管外层的酞菁铜213
应用化工第45卷有关。结合复合材料的TEM图，表明CuPc很好地、连续地包覆在了碳纳米管表面。图3CNT和CNT/CuPc复合材料的XRD图Fig．3XRDpatternofCNTandCNT/CuPccomposite2．3CNT/CuPc的化学结构图4是CNT与CNT/CuPc复合材料的红外光谱图。图4CNT和CNT/CuPc的红外光谱图Fig．4FTIRspectraofCNTandCNT/CuPccomposite由图4可知，相对于碳纳米管来说，CNT/CuPc的红外光谱具有很明显的区别。对CNT来说，1636cm－1处的吸收峰为烯醇式—C?C—中的伸缩振动峰，1576cm－1可归因于碳纳米管本身的碳碳骨架振动，1382cm－1可归因于羟基的伸缩振动峰，1165cm－1为C—O的伸缩振动峰，同时在3650～3240cm－1有较宽的O—H伸缩振动峰，可以判断CNT含有一定数量的羟基［14］。对CNT/CuPc来说，在1138，1095，920，744cm－1处具有酞菁结构特征吸收峰，证明碳纳米管表面包覆的物质为酞菁铜［15］;在1322cm－1具有羧基中C—O伸缩振动峰，在1760～1660cm－1范围内出现较强的羰基吸收峰，在3650～3240cm－1范围内具有较宽的O—H伸缩振动峰，这说明CNT/CuPc上存在有大量的羧酸基团，进一步证明碳纳米管表面包覆的是羧基酞菁铜。2．4材料的电导率和介电性能图5为CNT/CuPc的电导率和介电常数随频率的变化曲线。图5CNT和CNT/CuPc的体积电阻率随频率的变化曲线Fig．5ThechangecurveofCNTandCNT/CuPcvolumeresistivitywithfrequency由图5可知，对复合材料直接压片测得的CNT/CuPc的电导率大约为6×10－5S/cm，而且在10～107Hz范围内基本上不随频率的变化而变化。碳纳米管本身的电导率＞100S/cm，因此进一步证明了碳纳米管已被具有半导体性质的酞菁铜完全包覆，形成了内部为高导电材料，外
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚三唑/碳纳米管复合材料的制备与性能研究[J]. 张存超,万里强,许建文,郭冰,黄发荣. 材料研究学报. 2014(07)
[2]聚氨酯基高介电常数复合材料的制备与表征[J]. 吴聪聪,王经文,陈涛,魏楠,李淑琴. 四川化工. 2011(04)
[3]聚合物基复合材料制备中碳纳米管的分散方法[J]. 陈北明,杨德安. 材料导报. 2007(S1)
[4]金属酞菁羧酸衍生物的合成[J]. 佘远斌,陈玉芸,任晓媛,戴乾圜,杨锦宗. 化工科技. 1999(02)
本文编号：2968895
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2968895.html
