水溶性碳纳米管及其在聚乙烯醇复合材料中的应用
自1991年被Iijima首次报道以来,碳纳米管(CNTs)凭借其轻质、超高长径比结构特点以及优异的力学、电学、热学性能,在诸多纳米技术领域获得了广泛而深入的研究。然而,由于巨大的比表面积,直接合成的CNT在范德华力作用下极易集结成束(bundles);另外,由于表面光滑、化学惰性,CNT很难均匀稳定地分散于水或一般有机溶剂中,所有这些因素都极大地限制了CNT的理论研究和进一步实践应用。<br> 基于此背景,本研究开展了将烷基季铵盐结构化学接枝到单壁碳纳米管(SWNT)表面以获取水溶性碳纳米管的研究工作。FTIR和1H-NMR表征结果显示,烷基季铵盐结构已成功键接到SWNT表面。随后的定性观察表明,改性SWNT不仅具有良好的水溶性,而且其水分散液具有很高的存放稳定性—室温下能够稳定存放至少1个月;定量测试结果揭示,改性SWNT在纯水中的饱和浓度可达111 mg.L-1,且在较宽的PH范围内(4.0-11.2),都具有较好的溶解性,尤其在弱碱性溶液中,其饱和浓度较纯水更高。为进一步探索该水溶性SWNT的应用,本研究选用聚乙烯醇(PVA)为基体树脂制备了PVA/SWNT复合材料。研究结果显示,改性SWNT能够显著提高PVA薄膜的拉伸性能,在最佳用量(1.Owt% SWNT)条件下,复合材料薄膜的拉伸强度和杨氏模量相对纯PVA薄膜分别提高了38%和56%。分析原因,主要在于:1)改性SWNT能够均匀分散于PVA基体中(由扫描电子显微镜(SEM)观测结果给以证实),形成的三维网络确保了外界载荷的有效传递;2)均匀分散的SWNT能够显著提升其与基体树脂间的界面接触面积,从而提高两者间的界面相互作用。此外,复合材料薄膜还表现出了较好的光学透明性。
水溶性碳纳米管 烷基季铵盐结构 聚乙烯醇 复合材料
LI Chunyan 李春燕 LV Xianfeng 吕献峰 YAN Yehai 闫业海
Key Laboratory of Rubber-Plastics, Ministry of Education, College of Polymer Science and Engineering 青岛科技大学高分子科学与工程学院,橡塑材料与工程教育部重点实验室,山东省青岛市,266042
国内会议
武汉
中文
279-280
2012-10-16(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)