碳纳米管/壳聚糖复合泡沫及其力学性能研究

发布时间：2025-01-07 01:22

　　本论文使用冰模板法制备了碳纳米管/壳聚糖复合泡沫材料。这种泡沫材料具有规整定向排列的层状结构,其层厚度和层间孔道分别在亚微米和微米级别且尺寸均匀。我们通过XRD衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电镜对其微观结构进行表征,通过热重分析实验对其热稳定进行表征。通过循环压缩实验测试,我们发现碳纳米管/壳聚糖复合泡沫的弹性比纯壳聚糖泡沫有显著提高。我们还发现冷冻速率、复合泡沫中碳纳米管体积分数和泡沫的密度是影响碳纳米管/壳聚糖复合泡沫弹性和机械强度的主要因素。由于在低的冷冻速率下可形成较少的枝晶和较大的片层厚度,所以在低冷冻速率(6mm/min)下制成的碳纳米管/壳聚糖复合泡沫的力学性能要优于高冷冻速率(10 cm/min)的；随着碳纳米管体积分数的增加,碳纳米管/壳聚糖复合泡沫的弹性增强,在体积分数为0.48vo1%时达到最大值(原长的87%),随后由于低壳聚糖浓度造成的基体不连续性和碳纳米管的团聚,泡沫的弹性随之下降；密度较大(0.02g/cm3)的碳纳米管/壳聚糖泡沫的力学性能要优于密度较小(0.01g/cm3)的泡沫。

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１单壁碳纳米管和多壁巧纳米管??Ｆｉｇ?１．１?Ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄ?ａｎｄ?ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｌｌｅｄ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ??

两端基本都封曰的特殊结构１＾１。它由六边形排列的碳原子构成层状的同轴圆管，层与层??之间约为０．３４ｎｍ距离，其管径约２￣２０ｎｍｔｉ２］。因为碳纳米管可Ｗ看成是石墨稀片层卷曲??而成，所Ｗ根据片层数，碳纳米管可Ｗ分为单壁碳纳米管（如图１．１）和多壁碳纳米管（如??图１．２）?［....

图１．３冰模板法原理??Ｆｉｇ?１．３?Ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?Ｉｃｅ－ｔｅｍｐｌａｔｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄ??

溶液或者悬浮液。然后根据所需要所要制作样品的形状，将溶液放入相应形状的容器中。??然后在根据溶液的冻结点形成一个温度场，将溶液和水一起冻结。在水结冰过程中，冰??晶在恒温温度场因为温度差沿着固定方向增长，如图１．３所示。众所周知，一般物质几??乎不溶于冰晶中，所化溶质会被从溶液中....

图２．１?（ａ）实验装置示意图，（ｂ）和（ｃ）碳纳米管／壳聚糖复合泡沫的制备原理??Ｆｉｇ?２．１?Ｔｈｅ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｓｅｔ：叩（ａ）?ａｎｄ?ｐｒｏｃ?

加入壳聚糖溶液中，经超声处理使得ＣＮＴｓ均匀分散在壳聚糖溶液中。接下来将碳纳米??管和壳聚糖的混合分散液加入到一个直径为１．３?ｃｍ的聚丙婦管中，所需要的速度将聚??丙赌管垂直浸入到液氮（－１９６?°Ｃ）中，直到分散液被完全冻结（见图２．１），然后使用??冷冻干燥机将样品干燥４８....

图２．３?（ａ）幾基改性的碳纳米管，（：ｂ）壳聚糖粉末，（ｃ）壳聚糖泡沫材料，和（ｄ）碳纳米管??／壳聚糖复合泡沫材料的ＸＲＤ衍射图片??Ｆ＂ｉｇ．?２．３?ＸＲＤ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｏｆ?（ａ）?ｃａｒｂｏｘｙｌ?ｍｏ出ｆｉｅｄ?ＣＮＴｓ，（ｂ）?ｒａｗ?ｃｈＵｏｓａｎ?ｐｏｗｄｅｒｓ，?（Ｃ）?ｃｈｉｔｏｓａｎ?ｆｏａｍｓ??

ｔｗｅｅｚｅｒｓ?ｉｓ?ｕｎｌｏａｄｅｄ．??２．?４．１?ＸＲＤ衍射分析和讨论??图２．３展示了錢基改性的碳纳米管、未经处理的壳聚糖粉末、壳聚糖泡沫材料和碳??纳米管／壳聚糖賓合泡沫材料的ＸＲＤ衍射图像。??－１６?－??

本文编号：4024281