用微波輻照法合成了羧基酞菁銅,與羥基化碳納米管進行溶液混合,并利用TEM、XRD、FTIR等研究了碳納米管/酞菁銅復合材料的形態(tài)結(jié)構(gòu),同時測試了不同頻率下復合材料的導電性和介電性能,并對復合材料在有機溶劑中的分散性進行了觀察。結(jié)果表明,在碳納米管表面上成功包覆了一層羧基酞菁銅,復合材料表面仍保留有大量的羧基活性基團,復合材料呈現(xiàn)出半導體性質(zhì),導電率隨頻率沒有明顯的變化,復合材料的介電常數(shù)隨頻率減小而增加,在10 Hz時復合材料的介電常數(shù)高達816,包覆有酞菁銅的碳納米管在有機溶劑中的分散性也得到極大的提高,這為原位聚合法或溶液聚合法制備高介電聚合物基復合材料提供了可行性。 

【文章來源】：應用化工. 2016,45(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

碳納米管/酞菁銅復合材料制備示意圖

濾液用濃鹽酸調(diào)節(jié)至pH值為4，靜置沉淀。沉淀用甲醇洗數(shù)次，離心分離，在真空烘箱中烘干，即得羧基酞菁銅(CuPc)。將CuPc溶于DMAc中，按質(zhì)量比1∶1加入羥基化碳納米管(CNT)，超聲分散2h。加入一定量的EDCI和DMAP，在80℃油浴中攪拌反應6h。過濾，甲醇洗滌，得到碳納米管/酞菁銅復合材料(CNT/CuPc)。CNT/CuPc復合材料制備示意圖見圖1。圖1碳納米管/酞菁銅復合材料制備示意圖Fig．1SchematicdiagramofpreparationofCNT/CuPc2結(jié)果與討論2．1CNT/CuPc形貌圖2為CNT和CNT/CuPc復合材料的透射電子顯微鏡照片。圖2CNT和CNT/CuPc復合材料的TEM圖Fig．2TEMimagesofCNTandCNT/CuPccomposite由圖2可知，單純的碳納米管表面光滑，粗細均勻，其直徑約為4．29nm，而且能夠清晰的看出內(nèi)部的中空結(jié)構(gòu)，管壁厚度也很均勻。對CNT/CuPc來說，材料仍然保持了碳納米管的管狀結(jié)構(gòu)，碳納米管光潔的表面包裹了一層酞菁銅，直徑也有非常明顯的增加，碳納米管的直徑在7．86～12．14nm，而且碳納米管內(nèi)部的中空結(jié)構(gòu)已經(jīng)變得有些模糊，這說明在碳納米管整個外表面都包覆了一層酞菁銅。2．2晶體結(jié)構(gòu)圖3是CNT和CNT/CuPc復合材料的XRD譜。由圖3可知，對于碳納米管來說，在衍射角為25．8°(002)和43°(100)都出現(xiàn)了非常明顯的碳納米管特征結(jié)晶峰。對CNT/CuPc來說，最強的衍射峰移到了26．8°處，但是碳納米管的(002)衍射峰并沒有顯現(xiàn)出來，這可能是因為碳納米管與表面包覆的相互作用產(chǎn)生了應力，導致了碳納米管本身晶體衍射角的稍許偏移，從而與酞菁銅結(jié)晶峰交迭而無法顯現(xiàn)。同時，CNT/CuPc在33．1°也出現(xiàn)了一個小的結(jié)晶峰，這應該和包覆在碳納米管外層的酞菁銅213

應用化工第45卷有關。結(jié)合復合材料的TEM圖，表明CuPc很好地、連續(xù)地包覆在了碳納米管表面。圖3CNT和CNT/CuPc復合材料的XRD圖Fig．3XRDpatternofCNTandCNT/CuPccomposite2．3CNT/CuPc的化學結(jié)構(gòu)圖4是CNT與CNT/CuPc復合材料的紅外光譜圖。圖4CNT和CNT/CuPc的紅外光譜圖Fig．4FTIRspectraofCNTandCNT/CuPccomposite由圖4可知，相對于碳納米管來說，CNT/CuPc的紅外光譜具有很明顯的區(qū)別。對CNT來說，1636cm－1處的吸收峰為烯醇式—C?C—中的伸縮振動峰，1576cm－1可歸因于碳納米管本身的碳碳骨架振動，1382cm－1可歸因于羥基的伸縮振動峰，1165cm－1為C—O的伸縮振動峰，同時在3650～3240cm－1有較寬的O—H伸縮振動峰，可以判斷CNT含有一定數(shù)量的羥基［14］。對CNT/CuPc來說，在1138，1095，920，744cm－1處具有酞菁結(jié)構(gòu)特征吸收峰，證明碳納米管表面包覆的物質(zhì)為酞菁銅［15］;在1322cm－1具有羧基中C—O伸縮振動峰，在1760～1660cm－1范圍內(nèi)出現(xiàn)較強的羰基吸收峰，在3650～3240cm－1范圍內(nèi)具有較寬的O—H伸縮振動峰，這說明CNT/CuPc上存在有大量的羧酸基團，進一步證明碳納米管表面包覆的是羧基酞菁銅。2．4材料的電導率和介電性能圖5為CNT/CuPc的電導率和介電常數(shù)隨頻率的變化曲線。圖5CNT和CNT/CuPc的體積電阻率隨頻率的變化曲線Fig．5ThechangecurveofCNTandCNT/CuPcvolumeresistivitywithfrequency由圖5可知，對復合材料直接壓片測得的CNT/CuPc的電導率大約為6×10－5S/cm，而且在10～107Hz范圍內(nèi)基本上不隨頻率的變化而變化。碳納米管本身的電導率＞100S/cm，因此進一步證明了碳納米管已被具有半導體性質(zhì)的酞菁銅完全包覆，形成了內(nèi)部為高導電材料，外

【參考文獻】：
期刊論文
[1]聚三唑/碳納米管復合材料的制備與性能研究[J]. 張存超,萬里強,許建文,郭冰,黃發(fā)榮.  材料研究學報. 2014(07)
[2]聚氨酯基高介電常數(shù)復合材料的制備與表征[J]. 吳聰聰,王經(jīng)文,陳濤,魏楠,李淑琴.  四川化工. 2011(04)
[3]聚合物基復合材料制備中碳納米管的分散方法[J]. 陳北明,楊德安.  材料導報. 2007(S1)
[4]金屬酞菁羧酸衍生物的合成[J]. 佘遠斌,陳玉蕓,任曉媛,戴乾圜,楊錦宗.  化工科技. 1999(02)



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