论文部分内容阅读
碳纳米管纳米复合材料是纳米材料研究的热点之一。本论文选取多壁碳纳米管(MWNT)/聚酯(PET)纳米复合材料作为模型体系，运用不同手段控制碳纳米管在聚合物中的的空间分布和两者的相互作用，详细研究了纳米复合材料的结构与其流变、电学、结晶、力学、动态力学、热稳定性等众多性能的关系。此外，还制备了二氧化钛(TiO2)功能化碳纳米管的纳米纤维，并研究其光催化性能。本研究工作对碳纳米管纳米复合材料的制备、结构与性能关系的认识以及应用具有指导意义。论文研究结果主要有：
1.运用热共沉淀法制备得到不同碳纳米管含量的MWNT/PET纳米复合材料。增加MWNT，材料从电绝缘性材料变为半导体，熔体流变行为从类液态转变为类固态。室温下电导率逾渗值是0.9 wt％ MWNT。从黏度得到的流变逾渗值为0.6 wt％。流变学逾渗值比电导率逾渗值低。这主要是因为允许发生电子的跃迁/隧穿过程要求的纳米管网络要比阻碍聚合物分子链的运动的纳米管网络更加致密。
2.运用POM、TEM和DSC等手段研究MWNT/PET纳米复合材料的结晶行为。与纯PET相比，MWNT/PET纳米复合材料的球晶显著减小。采用Avrami方程和Lauritzen-Hoffman二次成核理论分析了MWNT/PET纳米复合材料的结晶动力学。加入MWNT后，PET的结晶速率呈指数级增长。MWNT是PET的有效成核剂，并将MWNT的成核能力与商用成核剂作对比。
3.运用电纺丝技术制备MWNT/PET纳米纤维及其薄膜。MWNT被成功包覆入PET纳米纤维中，分散良好，且沿着纳米纤维轴向取向排列。加入适量MWNT，能同时提高PET纳米纤维膜的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率和韧性。进一步研究显示，PET分子链的运动以及MWNT和PET分子链之间存在的界面相互作用，是MWNT在本体系中能够增强增韧的关键因素。MWNT添加量从0.5 wt％增加到1 wt％时，纳米纤维膜的模量发生跃升。DMA研究表明，适量加入MWNT，提高了纳米纤维中PET分子链的运动能力。
4.结合溶胶凝胶和电纺丝技术，制备得到二氧化钛纳米粒子功能化的碳纳米管混杂纳米纤维及其薄膜，发现功能化的碳纳米管混杂纳米纤维具有很高的光催化活性，并对光催化活性提高的机理进行分析。运用XRD、Raman光谱、FT-IR、XPS、SEM、TEM和N2吸附等表征手段研究混杂纳米纤维的结构与性能，结果显示，二氧化钛纳米粒子原位生长在碳纳米管上，并且包覆碳纳米管，二者间有化学键合。加入适量的MWNT，混杂纳米纤维表现出优异的光催化性能，并对光催化活性的提高的机理进行初步分析。