非共价功能化法修饰碳纳米管在溶剂及高分子中的分散研究

发布时间：2017-12-07 19:13

  本文关键词：非共价功能化法修饰碳纳米管在溶剂及高分子中的分散研究

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【摘要】：碳纳米管(CNTs)由于其自身优异的力、电、热学等性能,引起了科学和工业界的广泛关注。将CNTs加入到高分子中不仅能明显地改善高分子的力、电、热学等性能,还能赋予其许多新的功能。然而,由于CNTs巨大的长径比和比表面积,管与管之间较强的范德华力和π-πstacking,使CNTs极易团聚且难以分散,严重限制了CNTs/高分子复合材料的应用。分散CNTs的方法主要包括:共价和非共价功能化。共价法是通过共价键将氧化基团(羧基和羟基)引入CNTs,但其破坏了CNTs的结构,从而大大削减其独特性质。非共价法是在不破坏其原有结构的基础上,利用π-πstacking和范德华力来使分子吸附、缠绕或包裹在CNTs上。因此,本论文采用非共价法功能化CNTs,研究其在溶剂中的分散性,计算它们的Hansen溶解度常数(HSPs),明确分散剂、分散性、CNTs的HSPs之间的内在关系。并借助计算的HSPs,预测CNTs及功能化CNTs与高分子的相容性,研究此相容性与CNTs在高分子中的分散性之间的关系,为预先模拟计算将使CNTs的表面修饰和分散方法更具针对性,进而为其工程应用提供必要的理论依据。最后,研究了CNTs的分散性和相容性与CNTs/高分子复合材料性能之间的关系。主要研究内容如下:1.采用三类表面活性剂(十六烷基氯化吡啶、脱氧胆酸钠、Triton X-100)、两类生物大分子(壳聚糖、溶菌酶)、两类高分子(聚苯胺、聚乙烯吡咯烷酮)非共价修饰CNTs,并通过傅立叶红外光谱仪、X-射线衍射仪、拉曼光谱仪和扫描电镜等手段证明了CNTs被成功修饰。2.采用紫外可见分光光度计或动态光散射仪表征CNTs及功能化CNTs在20多种单一溶剂中的分散性,并计算其HSPs。发现CNTs经过修饰后,它在溶剂中的分散性改变了,它的HSPs也变了。3.基于HSPs理论制备了多种混合溶剂,并表征了CNTs及功能化CNTs在这些混合溶剂中的分散性。发现混合溶剂不仅能不同程度地改善CNTs分散,还能避免单一溶剂的缺点,如高毒性、高沸点、价格昂贵等。4.本文借助显微镜观察CNTs及功能化CNTs在高分子中的分散性,并利用HSPs计算CNTs与高分子的相容性。发现,CNTs在高分子中的分散性与其在制备复合材料的溶剂的分散性一致。并且发现,CNTs在高分子中的分散性与HSPs预测的相容性一致。5.本文还测试了复合材料的力、电和热学等性能,发现复合材料的力学性能与CNTs在高分子中的分散性和相容性密切相关,而其电学,热学性能还与分散剂本身的性质有关。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O613.71;TB383.1

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：1263458