碳納米管的有機(jī)共價修飾及其性能研究.pdf

1、碳納米管(CNT)具有優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)性能，在理論研究和實際應(yīng)用方面引起了廣泛的關(guān)注。為拓展CNT的應(yīng)用范圍，對CNT進(jìn)行功能化是十分必要的。本論文主要采用有機(jī)共價鍵修飾在多壁碳納米管(MWNT)上接枝水溶性的聚合物聚乙二醇(PEG)，并利用得到的帶有官能團(tuán)的MWNT作為載體或者模板來構(gòu)建功能化的納米雜化材料，主要工作如下：
　　 1.利用酸化的MWNT在二環(huán)己基碳二亞胺/4-二甲氨基吡啶(DCC/DMAP)存在的條件下，

2、同PEG發(fā)生酯化反應(yīng)得到了PEG功能化的碳納米管(MWNT-g-PEG)。利用PEG與α-環(huán)糊精(α-CD)之間的包合作用，首次制備了MWNT-g-PEG/a-CD超分子雜化納米凝膠。通過X射線衍射、核磁、差示掃描量熱法、熱失重、流變等測試手段對得到的包合物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，由于MWNT的阻礙作用，包合物中EG:α-CD的單元比大于理論值2:1；研究還表明，MWNT-g-PEG/a-CD雜化凝膠的形成取決于兩個條件：1）MWNT上的

3、PEG具有足夠高的接枝密度，2）PEG鏈具有足夠的長度。流變學(xué)特性分析表明，MWNT-g-PEG/α-CD雜化凝膠的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PEG/α-CD凝膠的強(qiáng)度，分析原因是在凝膠的形成過程中，MWNT由于強(qiáng)烈的疏水作用會自組裝發(fā)生聚集，這種聚集作用的結(jié)果使MWNT作為凝膠的超級交聯(lián)點促進(jìn)了凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成，因而提高了凝膠的強(qiáng)度。并且，MWNT-g-PEG/α-CD雜化凝膠具有觸變性和可逆性，使其在藥物注射方面具有潛在的應(yīng)用。熱性能的研究表明，M

4、WNT的引入顯著改善了凝膠的熱穩(wěn)定性，并使其熱分解溫度提高了大約100℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前的有關(guān)文獻(xiàn)報道。
　　 2.利用MWNT-g-PEG作為介質(zhì)，在低溫下，通過溶膠凝膠法制備了MWNT表面負(fù)載花瓣狀的氧化鋅(ZnO)納米復(fù)合材料。通過X射線衍射、紅外波譜、掃描電鏡和透射電鏡對雜化復(fù)合材料進(jìn)行表征。結(jié)果表明，ZnO納米粒子和MWNT之間結(jié)合緊密，ZnO的尺寸比較均一。另外，研究表明，MWNT表面的PEG對ZnO的負(fù)載起著重要的作

5、用，它是ZnO原位生長的活性點，推測了其生長機(jī)理。
　　 3.通過原子轉(zhuǎn)移自由基．氮氧自由基偶合的方法(ATNRC)成功制備了MWNT-TEMPO-PEG。首先，通過4-羥基-2，2，6，6-四甲基吡啶氮氧自由基與酸化后MWNT表面的羧基的脫水縮合反應(yīng)，制備了表面帶有氮氧自由基的MWNT(MWNT-TEMPO);另一方面，利用PEG的羥基與2-溴異丁酰溴發(fā)生酯化反應(yīng)得到了末端帶有溴原子的PEG(PEG-Br)ATRP引發(fā)劑；然后

6、將MWNT-TEMPO和PEG-Br在溴化亞酮/五甲基二乙烯基三胺(CuBr/PMDETA)存在的條件下，進(jìn)行自由基偶和反應(yīng)，得到了MWNT-TEMPO-PEG。所得的產(chǎn)物通過紅外、核磁、熱分析、透射電子顯微鏡等進(jìn)行了表征。研究表明，通過ATNRC方法得到MWNT-TEMPO-PEG上的PEG接枝密度為41％，與我們前期做可達(dá)54％的MWNT-g-PS的接枝密度相比，降低了很多，分析原因為PEG-Br在ATNRC體系中會發(fā)生去質(zhì)子化而自