本文關鍵詞：非共價功能化法修飾碳納米管在溶劑及高分子中的分散研究

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【摘要】：碳納米管(CNTs)由于其自身優(yōu)異的力、電、熱學等性能,引起了科學和工業(yè)界的廣泛關注。將CNTs加入到高分子中不僅能明顯地改善高分子的力、電、熱學等性能,還能賦予其許多新的功能。然而,由于CNTs巨大的長徑比和比表面積,管與管之間較強的范德華力和π-πstacking,使CNTs極易團聚且難以分散,嚴重限制了CNTs/高分子復合材料的應用。分散CNTs的方法主要包括:共價和非共價功能化。共價法是通過共價鍵將氧化基團(羧基和羥基)引入CNTs,但其破壞了CNTs的結構,從而大大削減其獨特性質。非共價法是在不破壞其原有結構的基礎上,利用π-πstacking和范德華力來使分子吸附、纏繞或包裹在CNTs上。因此,本論文采用非共價法功能化CNTs,研究其在溶劑中的分散性,計算它們的Hansen溶解度常數(HSPs),明確分散劑、分散性、CNTs的HSPs之間的內在關系。并借助計算的HSPs,預測CNTs及功能化CNTs與高分子的相容性,研究此相容性與CNTs在高分子中的分散性之間的關系,為預先模擬計算將使CNTs的表面修飾和分散方法更具針對性,進而為其工程應用提供必要的理論依據。最后,研究了CNTs的分散性和相容性與CNTs/高分子復合材料性能之間的關系。主要研究內容如下:1.采用三類表面活性劑(十六烷基氯化吡啶、脫氧膽酸鈉、Triton X-100)、兩類生物大分子(殼聚糖、溶菌酶)、兩類高分子(聚苯胺、聚乙烯吡咯烷酮)非共價修飾CNTs,并通過傅立葉紅外光譜儀、X-射線衍射儀、拉曼光譜儀和掃描電鏡等手段證明了CNTs被成功修飾。2.采用紫外可見分光光度計或動態(tài)光散射儀表征CNTs及功能化CNTs在20多種單一溶劑中的分散性,并計算其HSPs。發(fā)現CNTs經過修飾后,它在溶劑中的分散性改變了,它的HSPs也變了。3.基于HSPs理論制備了多種混合溶劑,并表征了CNTs及功能化CNTs在這些混合溶劑中的分散性。發(fā)現混合溶劑不僅能不同程度地改善CNTs分散,還能避免單一溶劑的缺點,如高毒性、高沸點、價格昂貴等。4.本文借助顯微鏡觀察CNTs及功能化CNTs在高分子中的分散性,并利用HSPs計算CNTs與高分子的相容性。發(fā)現,CNTs在高分子中的分散性與其在制備復合材料的溶劑的分散性一致。并且發(fā)現,CNTs在高分子中的分散性與HSPs預測的相容性一致。5.本文還測試了復合材料的力、電和熱學等性能,發(fā)現復合材料的力學性能與CNTs在高分子中的分散性和相容性密切相關,而其電學,熱學性能還與分散劑本身的性質有關。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O613.71;TB383.1

【參考文獻】

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本文編號：1263458