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(lái)，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(duì)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(zhǎng)度的含—NCO—端基的聚氨酯鏈，再在聚氨酯的兩端分別引入對(duì)(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(guò)核磁和紅外對(duì)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(guò)光接枝的方式對(duì)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(guò)透射電鏡(TEM)，拉曼光譜(Raman)，熱失重分析(TGA)，元素分析(EA)等測(cè)試手段進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)“grafted to”的方法可以成功將端基不同的兩種聚氨酯長(zhǎng)鏈光接枝到碳納米管的表面。TEM分析表明聚氨酯長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)改變光照時(shí)間和聚氨酯鏈長(zhǎng)來(lái)考察影響CNTs表面接枝的因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)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(zhǎng)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