改性復(fù)合材料中的碳納米管定向技術(shù).pdf

1、碳納米管(CNTs)的長(zhǎng)徑比高，力、電、熱學(xué)性能和場(chǎng)發(fā)射特性?xún)?yōu)異，與聚合物復(fù)合可極大地改善材料的機(jī)械性能和導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，同時(shí)保留了聚合物材料的加工友好性。目前，除了提高CNTs在基體中的分散性和界面結(jié)合效果外，實(shí)現(xiàn)CNTs在復(fù)合材料中定向排列是一個(gè)挑戰(zhàn)性的工作，它制約了CNTs在各向異性復(fù)合材料、納米電子器件、場(chǎng)發(fā)射式顯示器等領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　 論文采用了本課題組的專(zhuān)利技術(shù)，通過(guò)裝備有四根陽(yáng)極石墨棒的陽(yáng)極電弧放電裝置，連續(xù)、高

2、效率地制備了碳納米管及其管束。提純時(shí)采用甲苯溶液萃取技術(shù)和混酸加熱回流方法，去除了粗產(chǎn)物中的雜質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)碳納米管的功能化，采用稀NaOH(aq)、稀鹽酸和去離子水反復(fù)沖洗過(guò)濾的方法，去除了混酸回流過(guò)程中產(chǎn)生的碳質(zhì)氧化碎屑。所得準(zhǔn)直單壁碳納米管(SWNTs)結(jié)構(gòu)完整、直徑均勻，約1.5～2.0nm，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)微米，表面帶有羧基、羥基等官能團(tuán)，熱穩(wěn)定性明顯提高，其DMF分散液可穩(wěn)定存在2個(gè)月以上，整個(gè)純化過(guò)程的產(chǎn)率約為60％。
　

3、　 通過(guò)原位本體聚合工藝和碳納米管延遲添加方法得到了分子量高、界面結(jié)合與分散性良好的SWNTs/PMMA復(fù)合材料，用于靜電紡絲流程。搭建了附加有毛細(xì)石英管預(yù)定向部分的靜電紡絲及有序收集裝置，制備出超長(zhǎng)SWNTs/PMMA復(fù)合納米纖維，纖維表面光滑、排列整齊、連續(xù)性良好，直徑最小可達(dá)70nm。實(shí)驗(yàn)條件下，最佳工藝條件是紡絲液濃度為8wt.％，外加電壓為15kV，接收距離為10cm，筒狀收集板轉(zhuǎn)速為1500 rpm。測(cè)量發(fā)現(xiàn)8 wt.％的

4、SWNTs含量可以使復(fù)合纖維的最大分解速率對(duì)應(yīng)溫度提高了62℃和電導(dǎo)率提高了10個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　 發(fā)現(xiàn)并解釋了復(fù)合纖維中碳納米管Raman光譜特征峰的藍(lán)移現(xiàn)象，修正了處于非完全定向排列纖維束中CNTs的Hermans取向因子計(jì)算公式，通過(guò)復(fù)合纖維的偏振Raman光譜結(jié)果計(jì)算得到了SWNTs的Hermans取向因子S=0.89，證明了SWNTs的高度取向一致性。分析了CNTs在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、流場(chǎng)等物理場(chǎng)中的定向機(jī)理，并在實(shí)驗(yàn)參數(shù)下討