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《湖南大学》 2005年
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碳纳米管改性及其在复合材料中的应用研究

曾祥兵  
【摘要】:碳纳米管是一种新型的一维纳米材料,由于其独特的结构、力学性能和电性能,被认为是复合材料的理想添加相,碳纳米管与聚合物的复合可以实现组元材料的优势互补或加强,能经济有效地利用碳纳米管的独特性能。但是碳纳米管具有很高的表面自由能,处于热力学不稳定状态,易团聚,难分散,使得碳纳米管在复合材料中的应用受到一定的限制。本论文通过对碳纳米管进行表面改性和修饰等处理,以改善碳纳米管在各种介质中的分散性。同时,就改性后的碳纳米管在复合材料中的应用展开研究。此外,采用共混法首次制备了碳纳米管/紫外环氧丙烯酸树脂光固化涂料。本论文的工作对开展功能化复合材料研究具有重要意义和实际应用价值。 论文主要进行了以下几方面的工作: 1 采用不同硝酸处理工艺进行碳纳米管的纯化、表面改性和功能化。碳纳米管经过硝酸回流处理后,由拉曼光谱和扫描电子显微镜结果可知,碳纳米管的纯度得到了明显改善;通过红外光谱分析表明碳纳米管表面产生了羟基(-OH)、羰基(C=O)和羧基(-COOH)含氧官能团;由相应的红外光谱可知,经硝酸回流处理的碳纳米管成功地实现了己内酰胺的原位修饰。 2 采用多聚磷钼酸(POM)将碳纳米管分散在水溶液中。结果表明:当碳纳米管与POM的质量比(CNT∶POM)为1∶10(w/w)时,碳纳米管在POM水溶液中的分散浓度最大,分散性最好。同时,就碳纳米管的不同前处理工艺和CNT-POM体系的不同超声振荡时间对碳纳米管在POM水溶液中的分散性的影响进行了研究。 3 通过共混法制备了CNT-POM-PAni/石墨(G)复合电极,并研究了复合电极的超电容性能。结果表明:1%CNTs的加入就能有效降低复合电极的等效串联电阻,改善复合电极的功率特性,而经POM分散的CNTs的加入,效果更加明显。与PAni/G、POM-PAni/G和CNT-PAni/G相比,CNT-POM-PAni/G复合电极具有优良的超电容综合性能:高比电容、高功率特性和低等效串联电阻。 4 采用共混法首次制备了碳纳米管/紫外环氧丙烯酸树脂光固化涂料。碳纳米管在涂料浆料中的分散性和稳定性良好,碳纳米管的加入对涂膜的光固化无明显影响,但能有效提高UV光固化涂膜的电性能。CNTs/环氧丙烯酸树脂光固化涂膜的渗率阀值为0.0034%。当CNTs添加量为0.25%时,涂膜的体积导电率为3.39×10~(-8)s/cm,已达到抗静电涂料的标准,而不明显损失涂膜的机械性能。
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