新型敏感的取向碳納米管-高分子復(fù)合材料.pdf

1、功能高分子如環(huán)境敏感的高分子材料近年來(lái)雖然取得了巨大進(jìn)步，但仍面臨很多挑戰(zhàn)，包括刺激源有限、靈敏度低、可逆性差等，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。一個(gè)有效的解決途徑是引入無(wú)機(jī)功能組分，通過(guò)高分子與無(wú)機(jī)組分的協(xié)同作用，制備高性能的敏感復(fù)合材料。碳納米管因?yàn)槠洫?dú)特的一維納米結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的化學(xué)物理性能，成為無(wú)機(jī)功能組分的理想材料。為有效實(shí)現(xiàn)高分子與碳納米管的協(xié)同作用，獲得高性能的復(fù)合材料，要求碳納米管在高分子基體中取向排列。但是，目前的研究工作都基于碳

2、納米管在高分子基體中無(wú)規(guī)分布，對(duì)于碳納米管取向后，二者之間相互作用機(jī)制和規(guī)律幾乎沒(méi)有研究。
　　本論文首次對(duì)取向碳納米管與高分子的相互作用展開(kāi)研究，系統(tǒng)揭示了取向碳納米管與高分子之間的協(xié)同作用對(duì)復(fù)合材料性能的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，選取兩類代表性的敏感高分子，即具有共軛主鏈的敏感變色聚二炔和具有共軛側(cè)鏈的敏感變形偶氮苯基液晶高分子，發(fā)現(xiàn)取向碳納米管與高分子的協(xié)同作用產(chǎn)生新的電致變色和光致變形現(xiàn)象，并總結(jié)出新型環(huán)境敏感響應(yīng)的機(jī)制和規(guī)律

3、。
　　取向碳納米管的制備與性能研究。首先通過(guò)化學(xué)氣相沉積法合成具有取向結(jié)構(gòu)的碳納米管陣列，然后進(jìn)一步通過(guò)干法紡絲制備取向的碳納米管薄膜和纖維。重點(diǎn)研究了取向碳納米管材料的結(jié)構(gòu)及其力學(xué)和電學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)碳納米管的取向結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的力學(xué)性能（如斷裂強(qiáng)度超過(guò)500MPa）和電學(xué)性能（如室溫下電導(dǎo)率達(dá)到480 S cm-1）。
　　取向碳納米管/共軛高分子的相互作用。以共軛高分子聚噻吩和聚二炔作為模型，分別與取向碳納米管復(fù)合，系統(tǒng)

4、研究共軛高分子與取向碳納米管之間的相互作用，特別是取向碳納米管對(duì)共軛主鏈排列的影響。結(jié)果表明，聚噻吩共軛主鏈垂直于取向碳納米管方向有序排列，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)熱處理和膜厚度是影響其取向度的兩個(gè)重要因素。與聚噻吩不同，聚二炔的共軛主鏈平行于取向碳納米管方向有序排列。聚噻吩和聚二炔主鏈不同的排列方向可能源自主鏈不同的組成和結(jié)構(gòu)。這些規(guī)律對(duì)于發(fā)展高性能的光電敏感材料與器件具有重要的指導(dǎo)意義。
　　電致變色的取向碳納米管/聚二炔復(fù)合纖維?；?/p>

5、取向碳納米管與聚二炔的相互作用，制備出具有高強(qiáng)度和高電導(dǎo)率的取向碳納米管/聚二炔復(fù)合纖維，并首次發(fā)現(xiàn)聚二炔復(fù)合纖維通電時(shí)快速可逆變色現(xiàn)象。重點(diǎn)研究并揭示了聚二炔新型電致變色的機(jī)制和規(guī)律，即取向碳納米管通電時(shí)形成的電場(chǎng)誘導(dǎo)聚二炔的極性側(cè)鏈發(fā)生重排，最終導(dǎo)致聚二炔主鏈構(gòu)象發(fā)生變化而顯示顏色變化。另外，復(fù)合纖維也在其他外界刺激如機(jī)械摩擦、化學(xué)試劑和熱等作用下發(fā)生顏色變化。
　　光致變形的取向碳納米管/偶氮苯基液晶高分子復(fù)合材料。在取向碳

6、納米管材料中加入側(cè)鏈含有偶氮苯共軛結(jié)構(gòu)的液晶高分子，發(fā)現(xiàn)碳納米管可以有效誘導(dǎo)液晶基元進(jìn)行取向，從而發(fā)展出一種制備液晶材料的新途徑。該方法克服了傳統(tǒng)機(jī)械摩擦法中微米尺度溝槽不能有效誘導(dǎo)液晶基元取向，以及機(jī)械摩擦?xí)r難以克服的缺陷和靜電積聚現(xiàn)象。并且通過(guò)改變復(fù)合材料的制備途徑，可以調(diào)控液晶基元的取向方向。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，取向碳納米管/液晶高分子復(fù)合材料顯示獨(dú)特的光致變形敏感現(xiàn)象，如在紫外光照射下復(fù)合材料發(fā)生可逆變形，無(wú)需使用可見(jiàn)光，而目前報(bào)道

7、的偶氮苯基液晶材料都必須在紫外和可見(jiàn)光交替照射下發(fā)生可逆變形。取向碳納米管的引入也大大增強(qiáng)了復(fù)合材料的力學(xué)性能，并賦予其一定的導(dǎo)電性，如斷裂強(qiáng)度和電導(dǎo)率分別達(dá)到約1 GPa和350 S cm-1。基于取向碳納米管/液晶高分子復(fù)合材料優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和敏感性能，本論文重點(diǎn)探討其在遠(yuǎn)程電子開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用。
　　總結(jié)來(lái)說(shuō)，本論文基于取向碳納米管與功能高分子的相互作用，提出并發(fā)展了具有普適性的制備高性能光電敏感材料的方法，獲得具有環(huán)境響應(yīng)性