有機(jī)小分子修飾碳納米管及復(fù)合鍍層的研究.pdf

1、碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，已引起人們利用它們制備納米復(fù)合材料的極大興趣。然而，要發(fā)揮碳納米管改性復(fù)合材料的先進(jìn)性，關(guān)鍵在于碳納米管能否以納米級(jí)水平分散于基體中并與基體形成牢固結(jié)合。為了達(dá)到這一目的，必須在界面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)碳納米管進(jìn)行有效的修飾。這方面的研究是近幾年發(fā)展起來的新興領(lǐng)域，尚處于起步階段。在修飾物質(zhì)、修飾方法、界面結(jié)構(gòu)、特性及應(yīng)用等方面還需要深入的實(shí)驗(yàn)和理論研究。本論文從碳納米管的制備、純化、親水和親油基團(tuán)

2、在碳納米管表面的嫁接、氧化物對(duì)碳納米管的包覆,到修飾后在水或油溶液中的分散性能、界面結(jié)構(gòu)及特性、分子水平的復(fù)合技術(shù)、微觀結(jié)構(gòu)及相關(guān)性能的測(cè)試和分析,特別是有關(guān)摩擦學(xué)的性能等，展開了較深入的研究，并討論和分析了相關(guān)的修飾機(jī)理。研究具有基礎(chǔ)性和前瞻性，兼具重要的理論意義和廣泛的應(yīng)用前景。 首先，研究了催化裂解法高產(chǎn)率地制備碳納米管的工藝及其液相氧化法純化工藝。掃描電鏡、透射電鏡、XRD和拉曼光譜結(jié)果表明，硫酸和硝酸混合酸處理能夠獲得

3、純凈的碳納米管，而沒有破壞碳納米管的結(jié)構(gòu)。此外，紅外光譜表明純化后的碳納米管表面擁有豐富的羥基和羧基官能團(tuán)，這為下一步進(jìn)行碳納米管的修飾打下了基礎(chǔ)。 其次，研究了有機(jī)小分子陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化胺和陰離子表面活性劑檸檬酸修飾碳納米管，并對(duì)其在水中的分散性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過有機(jī)小分子表面活性劑的修飾提高了碳納米管在水中的分散性能。另外，還通過Zeta電位儀和粘度儀的測(cè)量探討了碳納米管在水中的分散機(jī)理。

4、 第三，利用有機(jī)小分子硬脂酸修飾碳納米管，研究了碳納米管在潤(rùn)滑油中的分散性能及其作為潤(rùn)滑油添加劑的摩擦學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，硬脂酸修飾不僅改善了碳納米管在基礎(chǔ)油中的分散性能，而且提高了基礎(chǔ)油的減摩抗磨能力。當(dāng)硬脂酸與碳納米管的質(zhì)量比為2：1、修飾碳納米管濃度為0.45％時(shí)，碳納米管作為潤(rùn)滑油添加劑的減摩抗磨性能最佳，能夠使基礎(chǔ)油的摩擦系數(shù)下降10％，磨損量降低30％-60％。此外，還研究了油酸、正辛醇、正十二醇、正十六醇修飾碳納米管

5、。初步結(jié)果表明，油酸修飾能夠提高碳納米管在基礎(chǔ)油中的分散能力，而且比硬脂酸修飾更能提高基礎(chǔ)油的減摩抗磨能力。 第四，運(yùn)用氨水和檸檬酸兩步修飾碳納米管，成功地把氨基官能團(tuán)和檸檬酸分子引入碳納米管的表面，提高了碳納米管的活性和分散性能。在此基礎(chǔ)上，采用溶膠凝膠法進(jìn)行氧化鋅和氧化錫包覆多壁碳納米管。透射電鏡、掃描電鏡和紅外光譜的結(jié)果表明，通過氧化、氨化和檸檬酸修飾后的碳納米管能夠被氧化鋅和氧化錫所包覆；光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明氧化鋅的包覆能

6、夠顯著地提高碳納米管的紫外吸收能力。另外，在研究納米氧化錫和納米氧化釔包覆碳納米管的同時(shí)，不但實(shí)現(xiàn)了納米氧化錫填充碳納米管，而且用修飾碳納米管為模板制備了氧化釔“納米龍”。 最后，利用化學(xué)復(fù)合共沉積的方法制備了碳納米管鎳磷復(fù)合鍍層，獲得了制備均勻分散、高硬度的碳納米管鎳磷復(fù)合鍍層工藝參數(shù)，并且研究了碳納米管鎳磷復(fù)合鍍層的摩擦學(xué)性能和耐腐蝕性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，碳納米管鎳磷復(fù)合鍍層的鍍態(tài)硬度達(dá)到946HV。在干摩擦和潤(rùn)滑條件下，碳納