有機小分子修飾碳納米管及復合鍍層的研究.pdf

1、碳納米管獨特的結構和優(yōu)異的性能，已引起人們利用它們制備納米復合材料的極大興趣。然而，要發(fā)揮碳納米管改性復合材料的先進性，關鍵在于碳納米管能否以納米級水平分散于基體中并與基體形成牢固結合。為了達到這一目的，必須在界面結構及性質設計的基礎上，對碳納米管進行有效的修飾。這方面的研究是近幾年發(fā)展起來的新興領域，尚處于起步階段。在修飾物質、修飾方法、界面結構、特性及應用等方面還需要深入的實驗和理論研究。本論文從碳納米管的制備、純化、親水和親油基團

2、在碳納米管表面的嫁接、氧化物對碳納米管的包覆,到修飾后在水或油溶液中的分散性能、界面結構及特性、分子水平的復合技術、微觀結構及相關性能的測試和分析,特別是有關摩擦學的性能等，展開了較深入的研究，并討論和分析了相關的修飾機理。研究具有基礎性和前瞻性，兼具重要的理論意義和廣泛的應用前景。 首先，研究了催化裂解法高產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構。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，這為下一步進行碳納米管的修飾打下了基礎。 其次，研究了有機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，并對其在水中的分散性能進行了研究。實驗結果表明，通過有機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量探討了碳納米管在水中的分散機理。

4、 第三，利用有機小分子硬脂酸修飾碳納米管，研究了碳納米管在潤滑油中的分散性能及其作為潤滑油添加劑的摩擦學性能。實驗結果顯示，硬脂酸修飾不僅改善了碳納米管在基礎油中的分散性能，而且提高了基礎油的減摩抗磨能力。當硬脂酸與碳納米管的質量比為2：1、修飾碳納米管濃度為0.45％時，碳納米管作為潤滑油添加劑的減摩抗磨性能最佳，能夠使基礎油的摩擦系數下降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、。初步結果表明，油酸修飾能夠提高碳納米管在基礎油中的分散能力，而且比硬脂酸修飾更能提高基礎油的減摩抗磨能力。 第四，運用氨水和檸檬酸兩步修飾碳納米管，成功地把氨基官能團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。在此基礎上，采用溶膠凝膠法進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；光譜實驗結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，不但實現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，利用化學復合共沉積的方法制備了碳納米管鎳磷復合鍍層，獲得了制備均勻分散、高硬度的碳納米管鎳磷復合鍍層工藝參數，并且研究了碳納米管鎳磷復合鍍層的摩擦學性能和耐腐蝕性能。實驗結果表明，碳納米管鎳磷復合鍍層的鍍態(tài)硬度達到946HV。在干摩擦和潤滑條件下，碳納