论文部分内容阅读
本文在介绍碳纳米管的结构、性能以及总结其应用限制的基础上，着重分析了碳纳米管表面修饰的途径以及表面修饰对于解决碳纳米管应用限制的重要性。然后从多壁碳纳米管(MWNT)表面聚合物修饰开始展开工作，利用操控连接在MWNT表面上的聚合物，制备了MWNT薄膜并尝试解决MWNT的定向排列问题。
(1)利用共价连接在MWNT表面的氮氧自由基调控聚合反应(NMRP)引发剂引发苯乙烯聚合，制备了聚苯乙烯修饰的MWNT(MWNT-PS)。通过改变聚合反应条件，可以控制修饰在MWNT表面的聚合物的含量。另外，MWNT-PS还可以进一步的引发乙烯基吡啶聚合得到PS-b-PVP嵌段共聚物修饰的MWNT(MWNT-PS-b-PVP)。MWNT-PS可以很好地分散在三氯甲烷等有机溶剂中；而MWNT-PS-b-PVP可以分散在盐酸/三氯甲烷混合溶液的界面处。利用相同的修饰方法，我们还制备了可以在水相中分散的聚乙烯基吡啶修饰的MWNT(MWNT-PVP)以及聚乙烯基苯磺酸钠修饰的MWNT(MWNT-PSS)。MWNT-PVP以及MWNT-PSS在水相中的分散性受pH以及离子强度的影响。所有经聚合物修饰的MWNT在溶剂中都可以形成“核-壳”结构，MWNT为“核”，聚合物层为“壳”。
(2)利用共价连接在MWNT表面的原子转移自由基聚合(ATRP)以及氮氧自由基调控聚合反应(NMRP)引发剂，先后引发苯乙烯的ATRP聚合，乙烯基吡啶的NMRP聚合得到了PS以及PVP两种聚合物共同修饰的MWNT(MWNT-PS-PVP)。在这两步聚合过程中都可以通过改变聚合条件分别控制连接在MWNT表面上的两种聚合物的含量。MWNT-PS-PVP可以稳定地分散在盐酸/三氯甲烷混合溶液界面处。我们还利用相同的方法制备了聚丙烯酸叔丁酯(PtBA)以及PVP两种聚合物共同修饰的MWNT(MWNT-PtBA-PVP)，并通过水解反应将叔丁酯基团除掉的方法得到了聚丙烯酸(PAA)以及PVP两种聚电解质修饰的MWNT(MWNT-PAA-PVP)。MWNT-PAA-PVP在水中的分散性能受pH影响，具有类似于聚两性电解质的溶解性质。
(3)利用MWNT-PVP以及MWNT-PSS表面的带相反电荷的聚电解质之间的静电相互作用，通过层层组装(LbL)的方法实现了MWNT薄膜的制备。通过改变组装过程的循环次数，可以控制膜中MWNT的含量及膜的厚度。利用MWNT-PS-b-PVP表面上的两亲性嵌段共聚物可以将MWNT稳定地分散在盐酸/三氯甲烷界面处的性质，利用Langmuir-Blodgett的成膜方法制备了MWNT薄膜。通过改变压缩表面压以及提膜速度，可以调节薄膜中MWNT的堆积密度，并且还通过“压缩-扩展-再压缩”的方法制备了含有定向排列的MWNT的薄膜，排列方向是与LB膜槽挡板成30度夹角。
(4)首先利用甲壳型液晶高分子PMPCS对MWNT进行表面修饰以改善其在PMPCS基体中的分散性能，然后利用溶液共混的方法将其与纯的PMPCS混合制得了PMPCS/MWNT复合体系。通过对复合体系的液晶行为研究发现，其依然可以形成柱状相的液晶相态，柱间距没有发生明显的变化，但MWNT的加入降低了体系的有序度。通过对复合体系进行剪切取向，二维X射线衍射以及拉曼光谱结果表明，当MWNT含量较少的时候，PMPCS“柱子”以及MWNT都沿着剪切方向取向。