多壁碳納米管類流體結(jié)構(gòu)、流變及組裝特性研究.pdf

1、碳納米管類流體是一類在無溶劑條件下具有類似液體能夠流動(dòng)的新型納米流體。本文通過多壁碳納米管的酸氧化和表面有機(jī)接枝方法制備了新型多壁碳納米管類流體，并系統(tǒng)研究了它們的特殊流變性和組裝結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)：均勻設(shè)計(jì)法是一種高效的篩選碳納米管酸氧化條件和進(jìn)一步制備特定流變性碳納米管類流體的方法。DC5700接枝氧化碳納米管(DC5700-g-MCNTs)的優(yōu)化反應(yīng)條件為：V(碳管酸液)：V(甲醇)：V(40wt％DC5700/甲醇溶液)=1：1：0

2、.2，60℃/2h。其中，DC5700加入碳管/濃酸溶液中能迅速產(chǎn)生絮凝，該現(xiàn)象能廣泛地應(yīng)用于包括CNTs，SiO2，TiO2以及Fe2O3等在內(nèi)的諸多納米粒子的液相分離和提取。因而是一類全新的高效、環(huán)保的納米分離方法，可望在降低納米材料對(duì)人體和環(huán)境的危害方面發(fā)揮重要作用。研究證實(shí)該絮凝方法主要基于化學(xué)和物理(范德華力和靜電引力)的作用機(jī)制。實(shí)驗(yàn)中我們觀察到了氧化碳納米管在DC5700功能化的玻片表面的特殊組裝結(jié)構(gòu)：1～5岬的碳納米管島

3、和寬～1μm長(zhǎng)5～15μm的碳納米管棒，該現(xiàn)象為納米粒子的組裝結(jié)構(gòu)提供了新的途徑。 DC5700-g-MCNTs進(jìn)一步和NPES反應(yīng)能得到新型納米類流體MCNTs-IL。流變性能研究證實(shí)了它在無溶劑條件下具有類液體行為。該方法有望實(shí)現(xiàn)難于加工的“固體”碳納米管象普通高分子、膠體甚至液體一樣進(jìn)行加工。產(chǎn)品室溫下為黑色無定形蠟狀物，熱穩(wěn)定性較好(失重率10％時(shí)溫度高達(dá)311℃)。電鏡觀察表明它具有垂直于碳納米管表面的雙離子層結(jié)構(gòu)，厚

4、度約為6.5nm。 PEG同樣能接枝到碳納米管表面制得準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu)的PEG-MCNTs納米類流體。該類流體表現(xiàn)出不同于以往文獻(xiàn)報(bào)道的各種O維納米粒子類流體的特殊流變行為。即較長(zhǎng)的PEG-MCNTs粘度大但在20-80℃范圍內(nèi)呈現(xiàn)粘性響應(yīng)，但粘度較小的短PEG-MCNTs表現(xiàn)為固態(tài)彈性流變行為，并在56.7℃實(shí)現(xiàn)固-液轉(zhuǎn)變。通過穩(wěn)態(tài)剪切模型的研究，我們發(fā)現(xiàn)了碳納米管表面功能化密度、長(zhǎng)徑比以及體積分?jǐn)?shù)與碳納米管類流體宏觀流變性的定量關(guān)