碳納米管的光化學(xué)改性.pdf

1、自從1991年Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，碳納米管以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，引起了各個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而，又因其極大的比表面積，管間較大的范德華力，管壁極少的缺陷，使得碳納米管在有機(jī)溶劑中難以溶解和分散，因此功能化碳納米管的表面成為了必要。本論文合成了兩類具有光活性的改性劑，采用光化學(xué)的方法，對碳納米管進(jìn)行功能化改性。 論文首先利用聚乙二醇(PEG600)和異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)的投料比不同，合成了一系列不

2、同長度的含—NCO—端基的聚氨酯鏈，再在聚氨酯的兩端分別引入對(2-羥基乙氧基)—2-羥基—2-甲基-1-苯基丙酮(HHMP)和N，N—二甲基乙醇胺(DMEA)，分別得到光活性基團(tuán)和叔胺基團(tuán)封端的聚氨酯，并通過核磁和紅外對產(chǎn)物進(jìn)行表征。 然后利用合成的DMEA封端的聚氨酯PU—DMEA—n(n=1～5)，在奪氫型光引發(fā)劑ITX存在的條件下，經(jīng)紫外光輻照，在鏈端處產(chǎn)生自由基，通過光接枝的方式對碳納米管進(jìn)行共價(jià)鍵功能化改性。接枝改性

3、前后的碳納米管通過透射電鏡(TEM)，拉曼光譜(Raman)，熱失重分析(TGA)，元素分析(EA)等測試手段進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過“grafted to”的方法可以成功將端基不同的兩種聚氨酯長鏈光接枝到碳納米管的表面。TEM分析表明聚氨酯長鏈螺旋盤曲纏繞在單壁碳納米管(SWNTs)的表面或包裹在多壁碳納米管(MWNTs)的外表層。拉曼光譜證明聚氨酯鏈段和碳納米管之間存在共價(jià)鍵作用。依據(jù)TGA曲線在175～440℃范圍內(nèi)的熱失重質(zhì)

4、量可以判斷碳納米管表面的接枝程度。當(dāng)光照時(shí)間相同，ITX質(zhì)量為體系總質(zhì)量的0.3％時(shí)，其在SWNTs表面的接枝量最多；而隨著光照時(shí)間從0.5min增至2h，SWNTs表面的聚合物接枝量從19.44％增至20.66％；而使用不同鏈長的聚氨酯進(jìn)行光接枝發(fā)現(xiàn)PU—DMEA—3在SWNTs表面的接枝程度最大。運(yùn)用相類似的手段考察了PU—DMEA—n(n=1～5)接枝改性MWNTs表面的情況。 同時(shí)，利用所合成的HHMP封端的聚氨酯PU—

5、HHMP—n(n=1～5)經(jīng)紫外光輻射后，兩端的HHMP裂解產(chǎn)生活性自由基接枝在碳納米管的表面。通過改變光照時(shí)間和聚氨酯鏈長來考察影響CNTs表面接枝的因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對于SWNTs，當(dāng)光照時(shí)間從1min增至120min時(shí)，SWNTs表面的接枝量從14.40％增至22.87％；使用不同鏈長的聚氨酯時(shí)，同樣是PU—HHMP—3在SWNTs表面的接枝程度最大。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用了相類似的手段考察了PU—HHMP—n(n-1～5)接枝改性M