聚苯胺/碳纳米管原位聚合

论文摘要

碳纳米管(CNTs)具有独特的结构,奇异的性能和潜在的应用价值,它是继C60之后家族中发现的又一新成员。碳纳米管可分为单壁纳米管(SWNTs)和多壁纳米管(MWNTs)。碳纳米管具有极高的强度、高比表面积、独特的纳米管状一维结构及其纳米尺寸和极大的长径比,这些性能使碳纳米管在力学、光学、材料学和化学等方面有着广泛的前景。但由于CNTs范德华力的影响,使其易团聚,这势必会影响它性能的应用,但通过对其进行酸化处理后,能够有效的提高其在水中分散性,从而能更好的分散在反应预聚体系当中,提高聚合物的性能。本论文在苯胺的盐酸溶液中,用过硫酸铵((NH4)2S2O8)作氧化剂,在CNTs上原位聚合生成包覆了聚苯胺,制备了聚苯胺/碳纳米管(PANI/CNTs)复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)对聚苯胺包覆CNTs前后的形态进行观测,并通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱证实了聚苯胺(PANI)与碳纳米管之间有一定的界面作用。用四探针测试仪对复合材料进行了电导率的检测,并测试了不同含量CNTs对复合材料拉伸强度、弹性和断裂伸长率的影响。通过实验我们得出,酸化处理后的碳纳米管的分散性得到了很好的改善,并且通过碳纳米管与聚苯胺的复合,使复合材料的电学性能和力学性能得到了增强。

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Abstract

第1章绪论

1.1 聚合物基纳米复合材料

1.1.1 纳米材料的定义

1.1.2 聚合物基纳米复合材料的定义和分类

1.1.3 聚合物基纳米复合材料的性能

1.1.4 聚合物基纳米复合材料的制备

1.2 碳纳米管

1.2.1 碳纳米管的作用与种类

1.2.2 碳纳管的结构及性能

1.2.3 碳纳米管的制备

1.2.4 碳纳米管的分散技术

1.2.5 碳纳米管的应用与发展

1.3 碳纳米管/聚合物基复合材料

1.3.1 碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法

1.3.2 碳纳米管/聚合物复合材料的性能及应用

1.3.3 碳纳米管/聚合物复合材料的发展前景

1.4 导电高分子纳米复合材料

1.4.1 导电高分子的定义和分类

1.4.2 导电高分子纳米复合材料的制备

1.4.3 导电高分子纳米复合材料的性能

1.4.4 导电高分子/CNTs 复合材料

1.4.5 导电高分子复合材料的展望

1.5 国内外相关课题研究现状

1.5.1 国际现状

1.5.2 国内现状

1.6 课题研究的内容、目的与意义

1.6.1 本论文的主要内容

1.6.2 本论文的目的

1.6.3 本论文的意义

1.7 课题来源

第2章实验部分

2.1 实验主要仪器及药品

2.2 实验主要装置图

2.3 实验步骤

2.3.1 碳纳米管的酸化

2.3.2 苯胺提纯溶液的制备

2.3.3 碳纳米管与苯胺的超声预处理

2.3.4 聚苯胺/碳纳米管聚合物的制备

2.3.5 聚苯胺溶剂的选择

2.3.6 聚合物薄膜的制备

2.4 酸化后 CNTs 的表征

2.4.1 CNTs 的微观结构观察

2.4.2 CNTs 红外光谱检测

2.4.3 CNTs 的 XRD 检测

2.4.4 酸化前后 CNTs 式样的在水溶液中分散性的观察

2.5 复合材料的结构与性能表征

2.5.1 碳纳米管在聚合物中的形态观察

2.5.2 PANI/CNTs 聚合物的红外光谱检测

2.5.3 PANI/CNTs 聚合物的拉曼光谱检测

2.5.4 PANI/CNTs 聚合物的 X-rays 检测

2.5.5 PANI/CNTs 聚合物的电学性能的检测

2.5.6 PANI/CNTs 薄膜材料的力学性能测试

第3章结果与讨论

3.1. 碳纳米管的酸化

3.1.1 酸化前后碳纳米管的SEM 图

3.1.2 酸化后的碳纳米管的红外光谱分析

3.1.3 碳纳米管酸化后的XRD 图谱分析

3.1.4 酸化后碳纳米管在水中的分散性

3.2 碳纳米管对聚苯胺形态的影响

3.2.1 聚苯胺和聚苯胺/碳纳米管聚合物的 SEM 图

3.2.2 聚苯胺/碳纳米管聚合物拉曼光谱分析

3.2.3 聚苯胺/碳纳米管的 X 衍射谱图分析

3.3 碳纳米管对聚苯胺电学性能影响

3.3.1 聚苯胺/碳纳米管聚合物红外光谱分析

3.3.2 不同含量的碳纳米管对聚苯胺的电导性的影响

3.4 不同含量的碳纳米管对复合材料力学性质的影响

3.4.1 不同含量的碳纳米管对复合材料拉伸强度的影响

3.4.2 不同含量的碳纳米管对复合材料弹性模量的影响

3.4.3 不同含量的碳纳米管对断裂伸长率的影响

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

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