碳納米材料的表面非共價(jià)修飾及其應(yīng)用研究.pdf

1、本研究擬采用非共價(jià)修飾策略對單壁碳納米管(SWNT)和石墨烯(GR)進(jìn)行表面修飾。選擇具有生物（化學(xué)）活性的乙烯基咪唑聚合物作為修飾（分散）助劑對相應(yīng)碳納米材料進(jìn)行表面修飾，以期在有效改善碳納米材料分散性的前提下，賦予SWNT和GR生物相容性、化學(xué)敏感性等新的性能，并初步探討了表面修飾后SWNT和GR在生物學(xué)和化學(xué)傳感器等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　通過分子設(shè)計(jì)結(jié)合自由基聚合、化學(xué)絡(luò)合等合成手段，制備了四種帶有不同功能側(cè)基的乙烯基咪

2、唑聚合物(Ⅵ-polymers)作為SWNT的修飾助劑。研究中，以SWNT在水中的分散量為衡量聚合物助劑修飾效果的指標(biāo)，從聚合物的分子結(jié)構(gòu)和溶液性質(zhì)兩個(gè)方面討論了不同修飾助劑對SWNT表面修飾效果的影響。結(jié)果表明:帶電荷的聚合物助劑相對于呈電中性的母體聚合物具有更佳的SWNT表面修飾效果;而針對特定的聚合物助劑，采用適當(dāng)措施消除/抑制溶液中的膠束形成能夠顯著提高SWNT在水中的分散能力。優(yōu)化各項(xiàng)制備參數(shù)后，SWNT的水分散液濃度可高達(dá)1

3、48.9mg·L-1，而聚合物修飾助劑的用量僅為0.06mg·ml-1(～6×10-wt％)，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)分散助劑—十二烷基磺酸鈉(SDS)的常規(guī)用量。修飾后的SWNT基本保留了其原有的優(yōu)異電學(xué)性能。小鼠成纖維細(xì)胞(L929)的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)修飾后SWNT還獲得了良好的生物相容性。
　　以Ⅵ-polymers為修飾（分散）助劑，本研究還發(fā)展了一種稱為“分散劑輔助液相剝離”的GR制備方法，以天然石墨制備GR。在獲取GR的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對所

4、得GR的表面非共價(jià)修飾。紫外-可見光譜、原子力顯微鏡和拉曼光譜等測試結(jié)果表明，成功實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)水溶性GR的低成本、宏量制備。隨后，以修飾后GR的水分散液為原料，采用減壓抽濾和熱壓轉(zhuǎn)移的方法制備了以聚酯(PET)為基底的透明、柔性、導(dǎo)電GR-PET多功能膜。電性能和透光性測試結(jié)果顯示，厚度為65nm的GR膜在可見光區(qū)的透光率仍可達(dá)50％以上;80nm厚的GR薄膜(透光率46％)其方塊電阻可低至105Ω/sq。同時(shí)，GR-PET薄膜還呈現(xiàn)出