碳纳米管表面修饰及功能材料的制备研究

论文摘要

碳纳米管自被发现以来,以其独特的结构、电学、机械性能而备受世人关注,其应用已经涉及到纳米电子器件、催化剂载体、储氢材料和复合材料等多方面。碳纳米管由于表面缺乏活性基团,在溶剂中的“溶解性”很差,加之巨大的纵横比和比表面积使其团聚缠绕,因此碳纳米管的功能化和表面修饰成为人们首要解决的问题,碳纳米管的表面修饰可分为共价修饰和非共价修饰:所谓共价修饰就是通过化学物理的方法共价地连接上一些基团,提高其分散度;非共价修饰则是对碳纳米管进行物理吸附和包裹。本文是通过混酸（硫酸/硝酸）对碳纳米管进行表面氧化形成羧基,然后再进行酰氯化、氨基化反应来达到对碳纳米管的表面修饰。在以往的碳纳米管氨基化表面修饰中,连接到碳纳米管表面的有机胺分子较小,而本文中所用的有机胺则是一些在聚合物封端中常用的封端剂。通过将封端剂引入到碳纳米管中,进一步对聚合物进行封端,可以把碳纳米管通过共价键接入到高聚物中,提高了碳纳米管在聚合物中分散性,为制备和研究碳纳米管复合材料提供新的应用前景。论文方法按照已有文献将多壁碳纳米管高温处理除去无定形碳、然后用混酸（硫酸/硝酸）对碳纳米管进行表面羧基化,将羧基化碳纳米管与二氯亚砜反应得到酰氯化碳纳米管,然后将酰氯化碳纳米管分别跟4,4’-二氨基二苯砜（DDS）、1,3-二（3-氨丙基）-1,1,3,3-四甲基二甲硅醚（SiDA）、4”,4”’-六氟异亚丙基-二（4-苯氧基苯胺）（FA）等胺反应得到不同氨基化碳纳米管,并通过FTIR、Raman、EDX、XRD、SEM、TGA对氨基化碳纳米管进行表征,同时将修饰过的碳纳米管与有机硅橡胶复合得到了硅橡胶/碳纳米管复合材料并对复合材料的热力学性能和力学性能进行研究。发现胺分子已经成功的接枝到碳纳米管表面。复合材料的测试也表明氨基化碳纳米管提高硅橡胶的力学、热学性能。我们也制备了以环氧树脂和铝丸为基质的导热材料,并对其导热性能进行研究,测试发现导热良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一部分 前言
• 第一章 碳纳米管
• 1.1 碳纳米管概述
• 1.2 碳纳米管分类
• 1.2.1 按层数分类
• 1.2.2 按形态分类
• 1.2.3 按手性分类
• 1.2.4 按导电性能分类
• 1.3 碳纳米管的性能
• 1.3.1 力学性能
• 1.3.2 电学性能
• 1.3.3 光学性能
• 1.3.4 热学性能
• 1.4 碳纳米管的制备
• 1.4.1 多壁碳纳米管的制备
• 1.4.1.1 电弧法
• 1.4.2.2 激光蒸发法
• 1.4.2 单壁碳纳米管的制备
• 1.4.2.1 电弧法
• 1.4.2.2 激光蒸发法
• 1.4.2.3 化学气相沉积法
• 1.5 碳纳米管纯化
• 1.5.1 物理方法
• 1.5.2 化学方法
• 1.5.2.1 液相腐蚀法
• 1.5.2.2 气相氧化法
• 1.6 碳纳米管修饰
• 1.6.1 共价接枝法
• 1.6.1.1 碳纳米管的侧壁卤化
• 1.6.1.2 加氢反应
• 1.6.1.3 环加成反应
• 1.6.1.4 自由基反应
• 1.6.2 非共价修饰
• 1.7 碳纳米管复合材料
• 1.7.1 聚合物填充碳纳米管形成的复合材料
• 1.7.2 聚合物包裹碳纳米管
• 1.7.3 聚合物接枝碳纳米管
• 1.7.4 准一维的碳纳米管分散于三维的聚合物基体中形成复合材料
• 第二章 导热材料
• 2.1 不同材料的导热机理
• 2.1.1 金属材料的导热机理
• 2.1.2 非金属材料的导热机理
• 2.1.3 高分子材料的导热机理
• 2.1.4 取向对导热系数的影响
• 2.2 导热材料的国内外研制现状及趋势
• 2.3 聚合物基导热材料的制备方法
• 2.3.1 共混复合法
• 2.3.2 纳米复合法
• 本课题的主要目的
• 第二部分 研究结果
• 第三章 试验部分
• 3.1 主要试剂、规格
• 3.2 试验装置与检测仪器
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 检测仪器
• 3.3 试验内容
• 3.3.1 多壁碳纳米管的纯化
• 3.3.2 羧基化碳纳米管的制备
• 3.3.3 酰氯化碳纳米管的制备
• 3.3.4 氨基化碳纳米管
• 3.3.5 碳纳米管复合材料的制备
• 3.3.6 功能材料的制备
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 碳纳米管纯化
• 4.2 碳纳米管羧基化
• 4.3 碳纳米管丝现象
• 4.4 EDX分析
• 4.5 Raman光谱分析
• 4.6 XRD分析
• 4.7 样品SEM结果分析
• 4.8 TGA分析
• 4.9 碳纳米管的分散性
• 4.10 复合材料FT-IR测试结果
• 4.11 复合材料DSC测试结果
• 4.12 氨基化碳纳米管/硅橡胶复合材料的TGA图谱
• 4.13 氨基化碳纳米管/硅橡胶复合材料的拉伸实验
• 第五章 导热材料
• 结论
• 参考文献
• 论文发表情况
• 致谢