碳納米管基導(dǎo)電復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、自從1991年被發(fā)現(xiàn)以來,碳納米管(carbon nanotubes,CNTs)因其獨(dú)特的力學(xué)性能、化學(xué)性能、導(dǎo)熱性能和電學(xué)性能而受到廣泛的關(guān)注,被認(rèn)為是在諸多領(lǐng)域都將極具潛力的新型納米材料。
　　碳納米管具有獨(dú)特的一維管狀結(jié)構(gòu),具有較大的長徑比、較高的比表面積,但是由于其固有的不溶性,使得碳納米管難以在溶液或聚合物基體中較好的分散,因此很大程度上限制了其在復(fù)合材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前應(yīng)用比較廣泛的碳納米管的改性方法是使用混酸處理,

2、在碳納米管的表面引入羧基,并以此為活性點(diǎn)進(jìn)行接枝。這種方法可以有效的克服碳管表面的惰性,利用化學(xué)鍵合的方式實(shí)現(xiàn)與聚合物等有機(jī)分子的復(fù)合。但是這種方法也存在明顯的不足,在混酸處理的過程中,雖然可以有效的引入羧基等官能團(tuán),但是也不可避免的會(huì)破壞碳納米管自身原有的完美的幾何結(jié)構(gòu),在碳管表面造成缺陷,甚至?xí)⑻脊芙財(cái)喑砷L度較短的管狀結(jié)構(gòu),這勢必會(huì)削弱碳納米管本來具有的各種優(yōu)良性能。本文采用物理方法對(duì)碳納米管進(jìn)行了改性,保留了碳管的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不被

3、破壞,得到了比較理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
　　本實(shí)驗(yàn)共分為三個(gè)部分:
　　第一,利用濃硝酸在超聲的條件下將多壁碳納米管進(jìn)行純化,以除去其中的雜質(zhì),同時(shí)保證碳納米管的自身結(jié)構(gòu)不遭破壞。利用室溫下攪拌的方法將純化后的碳納米管與Eu(Ⅲ)-1,10-phenanthroline配合物進(jìn)行復(fù)合,利用透射電鏡(TEM)和掃描電鏡( SEM)對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及表面形貌進(jìn)行分析,結(jié)果表明Eu(Ⅲ)-1,10-phenanthroline配合物均勻

4、的包覆在碳納米管的表面。元素分析顯示, Eu(Ⅲ)離子與1,10-phenanthroline按照1:1的比例進(jìn)行配位,體系中所投入的配合物幾乎完全與碳納米管發(fā)生復(fù)合,可以得到很高產(chǎn)率的復(fù)合材料。熒光光譜顯示出Eu(Ⅲ)-1,10-phenanthroline配合物的特征光譜發(fā)生了一定的遷移,同時(shí)發(fā)射光譜的強(qiáng)度有所降低,這與文獻(xiàn)報(bào)道相一致。導(dǎo)致這兩種現(xiàn)象是由于配合物與碳納米管之間存在著光電轉(zhuǎn)化作用的結(jié)果。此外,對(duì)其導(dǎo)電性能進(jìn)行分析,結(jié)果

5、表明復(fù)合比例的改變并未引起復(fù)合材料導(dǎo)電性能的明顯變化,一直穩(wěn)定在7S/cm上下波動(dòng)。熱重分析顯示復(fù)合材料的熱穩(wěn)定行要高于Eu(Ⅲ)-1,10-phenanthroline配合物。
　　第二,利用原位聚合法,以第一部分所制得的復(fù)合材料為填料,使之與聚苯胺進(jìn)行復(fù)合,得到了三相復(fù)合材料。利用ETIR和SEM對(duì)材料的組成和表面形貌進(jìn)行了表征,結(jié)果顯示聚苯胺成功的包覆在CNTs/Eu(Ⅲ)-1,10-phenanthroline的表面。熒光

6、光譜顯示復(fù)合材料的發(fā)射光譜強(qiáng)度很弱,這是由于一方面配合物與碳管之間存著這光電轉(zhuǎn)換的作用,另一方面可能是由于聚苯胺對(duì)激發(fā)光和發(fā)射光譜都存在一定吸收,從而導(dǎo)致了發(fā)射光譜的減弱。熱重分析顯示復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性要比純的聚苯胺有很大程度的提高。
　　第三,以聚乙二醇-400作為乳化劑,在室溫?cái)嚢璧臈l件下將純化的碳納米管與納米銀粒子進(jìn)行復(fù)合。透射電鏡(TEM)顯示,碳納米管表面的黑色斑點(diǎn)顯示,納米銀粒子成功的復(fù)合在碳管的表面。以此復(fù)合材料為填