碳纳米管基复合材料的制备及表征

中文摘要碳纳米管具有独特的力学特性、电学特性及热稳定性，可用于制备新型的复合材料。近年来，碳纳米管基复合材料的研究已经成为新材料研究的热点。小沧文将多壁碳纳米管分别与有机物和无机纳米粒子复合，制备了新型的纳米复合材料，采用H R T E M 、H R S E M 、A F M 和荧光光谱等表征了复合材料的结构及性能。采用加热氧化法制备了可溶性多壁碳纳米管，借助超声作用把可溶性多壁碳纳米管分散在水中形成水溶胶。采用静电白组装技术制备了多壁碳纳米管酞菁衍生物的复合薄膜。研究表明，多擘碳纳米管水溶胶具有良好的组装性能；酞菁分子在复合薄膜内形成J 一聚体；复合薄膜的荧光主要来自于酞菁衍生物，多壁碳纳米管与酞菁衍生物之间存在电荷转移。采用静电自组装技术制备了多壁碳纳米管聚电解质的无衬底( F r e e s t a n d i n g )膜。研究表明，这种自组装多层膜相邻层问通过共价键来维系的，具有相当的稳定性。薄膜的厚度可达1l a m ，可完全从基片上剥离下来，可以用作光电器件的基体材料。对碳纳米管进行酸化处理后，碳纳米管表面产生大量的官能团，再将其在s n 和P d 的溶液中进行活化、敏化，使碳纳米管的表面形成活化点。采用化学镀的方法，在碳纳米管的表面沉积金属N i 包覆层。研究表明，碳纳米管酸化处理，活化点形成和化学镀时间是得到连续包覆层的关键。热处理后，N i 层由非晶态转化为晶态，并且磁性增强。采用一步配位反应法在非水相中将二氧化钛纳米粒子组装到碳纳米管的表面。研究表明，纳米粒子以键合的方式吸附在碳纳米管的表面，结合力较强，酸处理后的M W N T 和M W N T - T i 0 2 复合材料都能产生荧光，复合材料的荧光强度明显强于碳纳米管本身。关键字：多壁碳纳米管，自组装，化学镀，非水相复合，纳米复合材料A b s t r a c tC a r b o nn a n o t u b e sh a v ed e m o n s t r a t e daw e a l t ho fe x c e p t i o n a ls t r u c t u r e ，m e c h a n i c a la n de l e c t r o n i cp r o p e r t i e s ，w h i c hh a v em a d et h e mp o t e n t i a l l yu s e f u lf o ra p p l i c a t i o ni nh a l l o c o m p o s i t e s T h eh y b r i dm a t e r i a l sb a s e do nc a r b o nn a n o t u b e sh a v eb e c o m ea na r e ao fs i g n i f i c a n ti n t e r e s ti nr e c e n ty e a r s I nt h ep r e s e n t e dp a p e r , o r g a n i cm a t e r i a la n di n o r g a n i cp a r t i c l e sw e r er e s p e c t i v e l yc o m b i n e dw i mm u l t i - w a l lc a r b o nn a n o t u b et of o r mn o v e lH a l l O c o m p o s i t e sb yv a r i o u sm e t h o d s T h eo b t a i n e dc o m p o s i t e sw e r ec h a r a c t e r i z e du s i n gH R T E M ，H R S E M ，A F Ma n df l u o r e s c e n c es p e c t r u m T h es o l u b l em u l t i - w a l lc a r b o nn a n o t u b e ( M W N T ) w a sp r e p a r e db ya c i d t r e a t m e n tT h ea c i d - t r e a t e dM W N Tc o u l db ed i s p e r s e di n t ow a t e rt of o r mv e r ys t a b l ea q u e o u sc o l l o i d sw i mt h eh e l po fu l t r a s o n i c a t i o n T h ec o n c e n t r m i o no ft h eo b t a i n e dc o l l o i ds o l u t i o nc o u l dr e a c h0 5m g m L T h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h ec a r b o x y l i ca c i dg r o u p sw e r ep r e s e n t e do nt h eM W N T ，w h i c ha l l o w e dt h el a y e r - b y l a y e rs e l g a s s e m b l yo fp o l y e l e c t r o l y t e M W N Tm u l t i l a y e rf i l m s M W N T A l c i a n B l u e 8 G X ，A B a n dM W N T P o l y ( e t h y l e n e i m i n e ) ，P E I 】m u l t i l a y e rc o m p o s i t e sw e r ea s s e m b l e do n t os u b s t r a t e s W i t h i nM W N T A Bc o m p o s i t e s ，A Bm o l e c u l e sa g g r e g a t e da n dc h a r g e t r a n s f e rm i g h te x i s tb e t w e e nA Bm o l e c u l e sa n dt h eM W N T F o rM W N T P E Ic o m p o s i t e s 。M W N Tu n i f o r m l yc o v e r e dt h ee n t i r es u r f a c eo ft h es u b s t r a t e A n dt h ef i l mt h i c k n e s sc o u l dr e a c hlu m T h em u l t i l a y e rf i l m sc o u l db ep e e l e do f ff r o mt h es u b s t r a t e st of o r mt h ef r e e ·s t a n d i n gM W N T P E Im e m b r a n e s ，w h i c hc o u l ds e r v ea sc o m p o n e n t sf o rs o m eo p t o e l e c t r i c a ld e v i c e s N i c k e l p h o s p h o r u s l a y e rw a sd e p o s i t e do nt h ec h e m i c a l l yt r e a t e dM W N Tb ya l le l e c t r o l e s sp l a t i n g B ya c i dt r e a t m e n ts o m ef u n c t i o n a lg r o u p sw e r eo b t a i n e do nt h es u r f a c eo f c a r b o nn a n o t u b e s ，a n da c t i v a t e ds i t e sw e r ef o r m e do nt h es u r f a c eo f c a r b o nn a n o t u b e sa f t e rs e n s i t i z e da n da c t i v a t e dr e s p e c t i v e l yi nS na n dP ds o l u t i o ns u b s e q u e n t l y T h er e s u l t ss h o w e dt h a tN i Pc o a t i n g sc o u l db ed o p o i s t e da n df o r m e do nt h es u r f a c eo f c a r b o nn a n o t u b e s T h es u r f a c em o d i f i c a t i o no f t h eM W N T , a c t i v a t e ds i t e sa n dt h ep l y i n gt i m ew e r et h ek e yt oo b t m nc o n t i n o u sl a y e r T h eN i Pl a y e rb e c a m ec r y s t a l l i n ef r o ma m o r p h o u sa f t e rh e a t r e a t m e n t ，a n dt h eh e a t m e n th a di n f l u e n c eO Ut h em a g n e t i cp r o p e r t i e so f t h ec o a t e dM W N TAm e t h o dt os u r f a c ec o v e r a g eM W N Tw i t ht i t a n i an a n o p a r t i c l e si nn o n - a q u e o u ss o l u t i o nw a sp r o p o s e d T h er e s u l t si n d i c a t e dt i t a n i an a n o p a r t i c l e sc o v a l e n t l ya t c a c h e do n t oM W N Ti nar e l i a b l ea n dr o b u s tm a n n e r B o t ha c i d t r e a t e dM 、 l 悄Ta n dt h ec o a t e dM W N Te x h i b i t e dl u r n i n e s c e n c ea n dt h el u m i n e s c e n c ef r o mt h ec o m p o s i t ew a ss t r o n g e rt h a nt h a tf r o mp u r eM W N T K e yw o r d ：M u k i w a l lc a r b o nn a n o t u b e ( M W N T ) ，s e l f - a s s e m b l y , e l e c t r o l e s sp l a t i n g ，i n c o r p o r a t