碳納米管基導電復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)因其獨特的力學性能、化學性能、導熱性能和電學性能而受到廣泛的關注,被認為是在諸多領域都將極具潛力的新型納米材料。
　　碳納米管具有獨特的一維管狀結構,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合材料領域中的應用。目前應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,并以此為活性點進行接枝。這種方法可以有效的克服碳管表面的惰性,利用化學鍵合的方式實現(xiàn)與聚合物等有機分子的復合。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,但是也不可避免的會破壞碳納米管自身原有的完美的幾何結構,在碳管表面造成缺陷,甚至會將碳管截斷成長度較短的管狀結構,這勢必會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碳納米管進行了改性,保留了碳管的結構和性質(zhì)不被

3、破壞,得到了比較理想的實驗結果。
　　本實驗共分為三個部分:
　　第一,利用濃硝酸在超聲的條件下將多壁碳納米管進行純化,以除去其中的雜質(zhì),同時保證碳納米管的自身結構不遭破壞。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配合物進行復合,利用透射電鏡(TEM)和掃描電鏡( SEM)對復合材料的結構及表面形貌進行分析,結果表明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)生復合,可以得到很高產(chǎn)率的復合材料。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,同時發(fā)射光譜的強度有所降低,這與文獻報道相一致。導致這兩種現(xiàn)象是由于配合物與碳納米管之間存在著光電轉(zhuǎn)化作用的結果。此外,對其導電性能進行分析,結果

5、表明復合比例的改變并未引起復合材料導電性能的明顯變化,一直穩(wěn)定在7S/cm上下波動。熱重分析顯示復合材料的熱穩(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合材料為填料,使之與聚苯胺進行復合,得到了三相復合材料。利用ETIR和SEM對材料的組成和表面形貌進行了表征,結果顯示聚苯胺成功的包覆在CNTs/Eu(Ⅲ)-1,10-phenanthroline的表面。熒光

6、光譜顯示復合材料的發(fā)射光譜強度很弱,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激發(fā)光和發(fā)射光譜都存在一定吸收,從而導致了發(fā)射光譜的減弱。熱重分析顯示復合材料的熱穩(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,在室溫攪拌的條件下將純化的碳納米管與納米銀粒子進行復合。透射電鏡(TEM)顯示,碳納米管表面的黑色斑點顯示,納米銀粒子成功的復合在碳管的表面。以此復合材料為填