聚吡咯/多壁碳纳米管复合材料的制备与性能研究

以吡咯为单体、三氯化铁为氧化剂,采用反相微乳液聚合法,分别在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中和含有多壁碳纳米管(MWCNTs)的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中,通过化学氧化法制得了聚吡咯纳米颗粒和聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)导电复合材料。利用SEM、TEM、FT-IR、XRD和四探针电导率仪对复合材料进行了表征。结果表明,当SDBS浓度为0.0120mol/L时所制备的聚吡咯纳米颗粒的电导率在1.00S/cm左右;在含有MWCNTs的SDBS溶液中,单体在SDBS的胶束内聚合,表面活性剂及其胶束吸附在MWCNTs的表面,表面活性剂的浓度和碳纳米管的用量对PPy/MWCNTs复合材料电导率的提高起到重要作用。当SDBS浓度为0.0120mol/L、MWCNTs和单体的质量比为0.20时,可获得电导率为5.68S/cm的PPy/MWCNTs纳米复合材料。     

PPy/MWNTs/GO复合材料的制备与电化学性能研究

以吡咯为单体,多壁碳纳米管和氧化石墨烯为模板,过硫酸铵为氧化剂,采用原位化学聚合法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管/氧化石墨烯(PPy/MWNTs/GO)复合材料.利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射谱(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安法(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)对制备复合材料的结构、微观形貌和电化学性能进行了研究,探讨了多壁碳纳米管/氧化石墨烯比例、吡咯用量对复合材料电容性能的影响.研究结果显示,PPy/MWNTs/GO复合材料具有较大的比电容和良好的循环稳定性,且具有较小的电荷转移电阻,接近于理想的超级电容器用电极材料.     

不同水醇比条件下原位聚合的聚吡咯/石墨烯复合材料的电容性能

在不同水醇比的溶剂环境下,利用原位聚合法制得聚吡咯/氧化石墨烯复合物,再经还原得到聚吡咯/还原氧化石墨烯复合材料。通过红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试方法对复合材料的结构和形貌进行表征,利用电化学工作站对复合物的电化学性能进行了测试。结果表明,在不同水醇比的溶剂条件下所制备的还原氧化石墨烯与聚吡咯复合材料都具有优异的电容性能和良好的稳定性。当水醇比为9∶1(体积比,下同)时,所制备的材料具有最稳定的电容性能。     

TDI改性梳状有机硅聚醚复合材料的制备及导电性能

采用原位吸附聚合法,使吡咯单体在有机硅聚氨酯(TESO)乳胶表面吸附聚合制备了导电复合材料,研究了投料比、投料顺序及反应条件等对有机硅聚氨酯导电性能的影响。结果证明:吡咯用量12.5%,FeCl3、蒽醌-2-磺酸钠与吡咯摩尔比为2.2∶2.5∶1,投料顺序为TESO-吡咯-蒽醌-2-磺酸钠-FeCl3,反应温度0℃,pH=3,制备的复合材料导电效果最佳。TESO乳胶中的Si与导电聚吡咯具有协同效果,利于聚吡咯与TESO形成互通网络结构,在TESO乳胶表面或界面处形成连续核壳型导电聚合物膜层。     

聚吡咯/氧化石墨复合材料的制备及其电容性能

以氧化石墨为载体,采用木质素磺酸钠作为掺杂剂,氯化铁作为氧化剂,引发吡咯单体在氧化石墨层发生化学原位聚合反应,制备了聚吡咯(PPy)/氧化石墨复合材料。通过XRD、FTIR和SEM分析分别对复合材料的物相组成、结构和微观形貌进行了表征,通过TGA分析研究了复合材料的热稳定性,采用恒电流充放电、循环伏安和电化学阻抗谱等方法测试分析其电化学性能。研究表明:采用化学原位聚合的方法合成的PPy/氧化石墨复合材料具有"层-球"状的"三明治"型微观结构,以便形成良好的导电网络,其结晶度高、排列规整、缺陷少,复合材料中吡咯单体通过N-H键与氧化石墨的含氧官能团发生键合。PPy/氧化石墨复合材料新颖的微观结构和良好的化学键合状态使其表现出优异的电容性能。在电流密度分别为0.5、1.0、2.0和5.0 A/g时的比电容分别为500、460、427和396 F/g;经过1000次恒电流(2.0 A/g)充放电循环后, PPy/氧化石墨复合材料的比电容保持率为97.2%。      

含磺酸盐有机硅聚醚新型复合材料的制备与导电性能

采用原位吸附聚合法,使吡咯单体在含磺酸盐有机硅聚醚乳胶表面吸附聚合制备导电复合材料,研究了制备条件如投料比、投料顺序、反应条件及有机硅等对含磺酸盐有机硅聚醚导电性能的影响。结果表明,吡咯用量为12%,n(FeCl3)∶n(蒽醌-2-磺酸钠)∶n(吡咯)=2.2∶1.2∶1,投料顺序为含磺酸盐有机硅聚醚、吡咯、蒽醌-2-磺酸钠(AQS)、FeCl3,反应温度0℃(冰浴),充氮气保护,反应时间为3h制备的导电磺酸盐有机硅聚醚复合材料,体积电阻率低,导电效果最佳。     

聚吡咯／多壁碳纳米管的合成及电化学行为

在含有多壁碳纳米管(MWCNT)的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中电化学氧化吡咯(Py)制得聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNT)导电复合膜。研究了聚合温度、电流密度、吡咯浓度对PPy/MWC-NT复合膜沉积量的影响,采用交流阻抗谱(EIS)法研究了该导电复合膜的电化学行为,并用扫描电子显微镜对其表面形貌进行了观察。实验结果表明,随着温度的降低、电流密度及吡咯浓度的增大,复合膜沉积量变大。与纯PPy膜相比,PPy/MWCNT复合膜有更好的电子传递行为,而复合膜表面更加粗糙、疏松。     

聚偏氟乙烯/碳纳米管复合材料的制备及性能研究

通过溶剂蒸发成膜法,研究了多壁碳纳米管(MWNTs)对聚偏氟乙烯(PVDF)结晶行为、热行为及力学性能的影响。研究表明,随MWNTs的加入PVDF中α相逐渐减少,而β相晶体含量逐渐增加。且随着MWNTs含量增加,PVDF晶体体积减小,颗粒增多,完善度下降。表明MWNTs作为成核点有利于PVDF结晶,晶体颗粒明显增多,但另一方面,晶体相互制约,晶体尺寸减小。     

添加剂对聚吡咯/氧化石墨纳米复合材料结构和性能的影响

采用单体原位聚合法制备了三种聚吡咯/氧化石墨纳米复合材料。通过XRD、FT-IR和TEM对产物进行结构表征,探讨了未加添加剂及分别以N aOH和十二烷基苯磺酸钠为添加剂制得的聚吡咯/氧化石墨纳米复合材料的结构与性能的差别。结果表明,未加添加剂和以N aOH为添加剂时产物为非晶态的剥离型聚吡咯/氧化石墨纳米复合材料;而以十二烷基苯磺酸钠为添加剂时可得到具有层状有序结构的插层型聚吡咯/氧化石墨纳米复合材料。插层型聚吡咯/氧化石墨纳米复合材料的导电和电化学性能优于剥离型聚吡咯/氧化石墨纳米复合材料,它们的提高归因于聚吡咯分子链共轭程度的增加。     

多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电常数复合材料的制备与性能

为制备具有高介电常数的复合材料,采用注射成型法制备了原始多壁碳纳米管(P-MWCNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料和石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)/PVDF复合材料。然后,对P-MWCNTs和G-MWCNTs进行了Raman光谱表征,对MWCNTs/PVDF复合材料进行了断面形貌、力学性能和电学性能测试。结果表明:G-MWCNTs比P-MWCNTs具有更高的纯度和结晶度,两种不同的MWCNTs都能均匀分散在PVDF基体中,添加MWCNTs会显著影响PVDF的力学行为。MWCNTs/PVDF复合材料的介电性能随MWCNTs含量的增加而提高,与P-MWCNTs相比,G-MWCNTs有效降低了复合材料的渗流阈值。当频率为100 Hz时,纯PVDF的介电常数为7.0;当P-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数为23.8;当G-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数高达105.0。注射成型法制备的MWCNTs/PVDF复合材料仍保持相对较低的电导率,进而导致复合材料的能量损耗较低,对电荷存储应用具有重要意义。     

碳纳米管／聚氨酯纳米复合材料的制备及性能

采用可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合方法在碳纳米管表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯嵌段共聚物MWNT-P(MMA-b-St),对碳纳米管进行改性。采用直接共混法制备碳纳米管/水性聚氨酯纳米复合材料。通过红外光谱(FT-IR)和透射电镜(TEM)对嵌段共聚物的结构进行了表征。碳纳米管加入对乳液成膜性影响不大。热失重分析(TGA)和力学性能测试结果表明,当改性后的碳纳米管含量为聚氨酯固体份的0.75%时,复合材料的热稳定性、拉伸强度和断裂伸长率均较聚氨酯有所提高。     

碳纳米管复合材料表面化学镀Ni-P合金

用化学镀的方法在多壁碳纳米管表面沉积Ni-P合金,制备了碳纳米管复合材料,并对制备的复合材料进行透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)表征.通过XRD分析表明,沉积在碳纳米管表面的Ni-P合金是非晶态的.TEM观察复合碳纳米管发现,在其表面沉积有分散均匀的纳米级金属颗粒,Ni-P合金呈球形,粒径大小约为20～30 nm.磁性测试结果为:其矫顽力是412.0 Oe,剩磁比为0.23.     

小分子壳聚糖非共价修饰多壁碳纳米管及其在水中的稳定性研究

采用溶液共混法制备了多壁碳纳米管-壳聚糖(MWNTs-CS)复合物,用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和紫外可见分光光度计(UV-VIS)对产物进行了表征和分析,讨论溶液温度和pH值对MWNTs-CS稳定性的影响.研究表明,壳聚糖成功地修饰到碳纳米管表面,部分缠绕MWNTs,而MWNTs本身结构没有发生改变,并且MWNTs-CS在水中的溶解性得到了很大的提高.随着溶液温度的增加和pH值的减少,壳聚糖可以从MWNTs-CS上释放.在溶液温度为20℃以及pH值为10时,壳聚糖的修饰效率较高.     

多壁碳纳米管在硫酸溶液中的γ辐射剪切

在硫酸溶液中系统地研究了γ辐射法剪切多壁碳纳米管,以及影响碳管长度的反应条件,详细讨论了多壁碳纳米管的剪切机理.采用透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)和Raman光谱对短多壁碳纳米管进行了分析与表征,分析了多壁碳纳米管浓度与其对UV270nm吸光度的关系,得出了多壁碳纳米管质量浓度与其对UV270nm吸光度的线性回归方程.结果表明,γ辐射和硫酸氧化作用在剪切多壁碳纳米管的过程中存在协同效应.随着辐射剂量和酸浓度的增加,剪切后的碳管长度不断缩短.当辐射剂量增加到200kGy、酸浓度为5mol/L时,短多壁碳纳米管长度为200～300nm.辐射剪切的方法在碳纳米管外侧及末端引进C-OH、-COOH等官能团,从而对MWNTs的石墨型结构造成微弱损伤.另外,制备的短多壁碳管在水中可以均匀分散2周而不出现沉淀.     

左旋聚乳酸/多壁碳纳米管/羟基磷灰石电纺丝纳米纤维的形态及生物降解性能

采用静电纺丝法制备了左旋聚乳酸/多壁碳纳米管/羟基磷灰石(PLLA/MW NT s/HA)杂化纳米纤维无纺毡,分析了MW NT s的加入对杂化纤维形态结构的影响,以及不同工艺条件下纤维的直径分布,并研究了纤维无纺毡在磷酸盐缓冲溶液(pH 7.4,37℃)中的体外降解过程。结果表明:MW NT s的加入使PLLA/HA纤维直径略有减小;PLLA/MW NT s/HA杂化纤维体系降解液的pH值下降到一定程度后,在降解后期呈缓慢上升趋势;碱性MW NT s/HA的加入抑制了PLLA降解过程中的自催化作用,减缓了PLLA的降解速度。     

Curing behavior and kinetic analysis of epoxy resin/multi-walled carbon nanotubes composites

The effect of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs), both amino-functionalized (f-MWNTs) and unfunctionalized (p-MWNTs) on the curing behavior of epoxy resin (EP) cured with triethanolamine (TEA), was investigated using differential scanning calorimetry (DSC). Because the triethylenetetramine (TETA) grafted on the f-MWNTs could act as curing agent and the produced tertiary amine as negative ionic catalysts of curing reaction of EP, so the activation energy of the EP/TEA system was decreased by the addition of f-MWNTs. Viscosity played a key role in the curing behavior of the EP/TEA/MWNTs system, for high viscosity of the EP/TEA/MWNTs system could hinder the motion of the functional groups. The curing heat in EP/TEA/f-MWNTs (weight ratio 1/0.1/0.01) system was higher than the neat EP/TEA (weight ratio 1/0.1) system, while the curing heat in EP/TEA/p-MWNTs (weight ratio 1/0.1/0.01) was lower than the neat system. When the content of f-MWNTs was increased to 2 phr (weight ratio of 1/0.1/0.02), the curing heat became lower than that of the neat EP/TEA system, which was the result of the higher viscosity of the EP/f-MWNTs/TEA system. Since the curing heat indicated the curing degree of the system generally, the addition of the f-MWNTs was thought to increase the curing degree of the epoxy matrix at a relatively low content.     

多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

以化学修饰法在多壁碳纳米管上成功接枝了四乙烯五胺,并用溶液共混法制备出多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。使用电子拉力试验机、Agilent 4294A、差示扫描量热(DSC)和扫描电镜(SEM)对复合材料进行研究。结果表明,修饰后的碳纳米管能均匀分散在基体中,添加经修饰后的碳管比添加原始碳管更能提高环氧树脂的力学强度、热稳定性和介电性能。当经修饰后的碳管质量分数为1.5%时拉伸强度和断裂伸长率分别增加了84.3%和150%,玻璃化转变温度提高了32℃,复合材料的介电常数高达25.8。     

反应性碳纳米管及其复合材料的制备与性能

本工作制备出了一种反应性碳纳米管/环氧稀释剂的纳米混杂增强体以及碳纳米管/环氧树脂复合材料,同时对修饰的碳纳米管进行了红外和X射线光电子能谱的表征。反应性碳纳米管与稀释剂的比例为1∶7,碳管在复合材料中的含量为0.5%(质量分数)。研究表明,这种纳米增强体对提高材料的性能及碳管在基体中的分散有很好的效果,环氧树脂的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了37.5%,40.0%和207%。同时玻璃化转变温度提高了17℃,并从活化能看出此增强体具有更高的反应活性。     

酸处理碳纳米管/PBO复合材料的制备与表征

用原位聚合法成功地制备了碳纳米管/聚对苯撑苯并双口恶唑(PBO)复合材料。用FT-IR、XPS、SEM和AFM对碳纳米管和所制备的复合材料进行了表征,结果表明,碳纳米管的酸处理效果好,表面含有C-O、COOH等极性官能团;复合材料中碳纳米管在聚合物基体中分散均匀,两相界面间存在较强的作用力。