碳材料-表面活性劑分子有序組合體新型復(fù)合材料的制備與性質(zhì)研究.pdf

1、碳納米材料包括零維的富勒烯、一維的碳納米管(CNTs)、二維的石墨烯以及三維的金剛石等，它們大都具有良好的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、生物相容等特性，是納米領(lǐng)域里耀眼的明星。富勒烯的發(fā)現(xiàn)使美國科學(xué)家Cutl和Smalley教授和英國的Kroto教授獲得了諾貝爾獎，繼此之后，英國曼徹斯特大學(xué)安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫因在石墨烯方面的研究奪得了諾貝爾物理學(xué)獎，因此掀起了對碳材料研究的熱潮。將碳材料摻雜到表面活性劑有序組合體中，構(gòu)建有機(jī)/無機(jī)復(fù)

2、合材料，使它們除了表現(xiàn)出各組分的自身性質(zhì)外更由于二者的相互作用而展現(xiàn)出新的特性。表面活性劑分子有序組合體（又稱兩親分子有序組合體）是表面活性劑分子在溶液中達(dá)到一定濃度后會形成的，比如膠束、囊泡、液晶、凝膠等。其中溶致液晶和凝膠是較為特殊的一類兩親分子有序組合體，它們具有良好的生物兼容性在自然界、日常生活生產(chǎn)和生命體中有廣泛應(yīng)用。
　　近年來，利用表面活性劑分子有序組合體的模板作用制備或組裝納米功能材料受到了人們廣泛關(guān)注。通過改變表

3、面活性劑的種類、類型、濃度等因素對表面活性劑有序組合體進(jìn)行有效調(diào)控，最終得到滿足人們的需求的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料。本論文選取了碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯三種碳材料，將其分別摻雜到兩親分子有序組合體（溶致液晶、生物超分子水凝膠）中，制備了不同特性的復(fù)合材料:
　　首先通過室溫下自發(fā)相分離法將碳納米管摻雜到十二烷基聚氧乙烯醚（四）(簡稱C12E4)溶致液晶模板中。相分離現(xiàn)象是由于親水聚合物聚乙二醇(PEG)誘導(dǎo)C12E4溶液自發(fā)產(chǎn)生的

4、。通過偏光顯微鏡觀察、小角X射線散射、流變性質(zhì)和拉曼光譜等手段系統(tǒng)研究了PEG分子量、濃度以及碳納米管的濃度對CNTs/C12E4復(fù)合材料的影響。發(fā)現(xiàn)PEG的分子量和濃度的變化不僅能夠影響體系的相分離過程而且可以改變CNTs/C12E4復(fù)合材料的性質(zhì)。此外，拉曼光譜、偏光顯微鏡圖片結(jié)合小角X射線散射結(jié)果表明:CNTs成功摻雜入到層狀液晶中，同時液晶的結(jié)構(gòu)沒有遭到破壞。
　　接著對比研究了石墨烯和氧化石墨烯摻雜到C12E4形成的溶致

5、液晶模板中的異同。通過紫外-可見吸收光譜、透射電子顯微鏡、偏光顯微鏡、小角X射線散射和流變測試等方法表征了石墨烯/C12E4和氧化石墨烯/C12E4溶致液晶復(fù)合材料。小角X射線散射結(jié)果顯示無論石墨烯還是氧化石墨烯都很好的分散到了C12E4溶致液晶模板中，并且C12E4溶致液晶模板和石墨烯（或氧化石墨烯）片層間發(fā)生了相互作用。此外，由于石墨烯和氧化石墨烯的性質(zhì)不同，導(dǎo)致石墨烯與C12E4溶致液晶的疏水部分作用，而氧化石墨烯與C12E4溶致

6、液晶的親水部分作用。最后通過相分離法分別研究了石墨烯/C12E4/PEG和氧化石墨烯/C12E4/PEG體系，結(jié)果驗證了石墨烯、氧化石墨烯與C12E4溶致液晶模板不同的作用機(jī)制。
　　然后將氧化石墨烯摻雜到非離子表面活性劑C12E4/離子液C12mimbr復(fù)合液晶中，研究了氧化石墨烯對復(fù)合液晶的影響，以及復(fù)合材料的抗溫性質(zhì)。通過偏光顯微鏡、流變測試及小角X射線散射對復(fù)合材料進(jìn)行了表征，流變結(jié)果顯示氧化石墨烯的加入有利于體系機(jī)械性質(zhì)

7、的改善。由于C12mimBr不具有濁點(diǎn)，其和C12E4構(gòu)筑的復(fù)合液晶材料的抗溫性，比單一C12E4表面活性劑構(gòu)筑的溶致液晶顯著增加。此外，氧化石墨烯的加入也在一定程度上增加了復(fù)合材料的抗溫性。因此，離子液體和傳統(tǒng)表面活性劑復(fù)配而形成的復(fù)合液晶豐富了液晶模板的種類，為液晶的應(yīng)用開辟了新的道路。
　　最后研究了氧化石墨烯和鹽濃度對脫氧膽酸鈉生物超分子水凝膠的影響及該復(fù)合水凝膠在染料吸附方面的應(yīng)用。通過相圖的制備、透射電子顯微鏡、掃描電