碳纳米管的功能化及其在复合材料中的应用

碳纳米管具有独特的结构和优异的性能,但其表面活性差、不溶于水和有机溶剂,极大地制约了碳纳米管的应用.介绍了碳纳米管共价功能化、非共价功能化、混杂功能化修饰方法,对比了各自的优缺点;综述了碳纳米管在聚合物基、金属基、陶瓷基复合材料中的作用机理和广泛应用,并对其进一步发展提出展望.高性能功能化修饰碳纳米管复合材料的开发和应用势必会越来越广.     

碳纳米管的DNA修饰研究进展

对碳纳米管生物分子修饰的研究引起了科学家极大的兴趣,将碳纳米管应用到生物体系具有重要的价值.首要的是纳入生物体系的碳纳米管具有生物相容性和特殊的识别功能.因此,利用生物分子功能化碳纳米管是将碳纳米管纳入生物体系必须解决的一个关键问题.综述了DNA功能化碳纳米管的最新研究进展,并阐述了DNA功能化碳纳米管在生物传感器、电化学检测等方面的应用.     

多元功能化碳纳米管改性聚酰亚胺复合薄膜的分散性及电性能研究

用混酸、Fenton试剂和硅烷偶联剂KH-550对多壁碳纳米管(MWNTs)进行功能化改性,通过原位聚合法制备一系列聚酰亚胺(PI)/MWNTs复合薄膜。对MWNTs功能化前后官能团变化及在PI基体中的分散情况和复合薄膜的电性能进行测试和表征。结果表明:MWNTs经多元功能化修饰后在PI基体中的分散性相比单一功能化MWNTs有了显著提高;单一功能化MWNTs的引入使复合薄膜的介电常数和介电损耗增加,介电强度降低;引入多元功能化MWNTs使复合薄膜的介电常数进一步提高,但介电损耗增加及介电强度下降的幅度减小了。     

功能化碳纳米管的应用研究进展

碳纳米管具有独特的管状结构和优异的性能,由于其表面活性、分散能力的制约,影响了碳纳米管的应用。从共价修饰和非共价修饰两方面,介绍了目前碳纳米管功能化修饰的方法和研究状况。从光电通信、医疗、材料等方面着重介绍了功能化修饰后的碳纳米管一些最新应用进展,展望了碳纳米管的发展与应用前景。     

功能化多壁碳纳米管负载铁离子改性双极膜的制备与表征

分别用未功能化的多壁碳纳米管(MWCNTs)、羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)、羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)、磺酸基化多壁碳纳米管(MWCNTs-SO3H)改性羧甲基纤维素钠(CMC)-聚乙烯醇(PVA)/壳聚糖(CS)-聚乙烯醇双极膜(BPM)的阳离子交换膜层。采用力学性能分析、接触角测定、电流密度-槽电压曲线等对改性前后双极膜的性能进行表征,并测定了改性前后双极膜中Fe~(3+)的流失量。结果表明,经功能化多壁碳纳米管改性后,双极膜的亲水性和力学性能得到了显著提高。功能化多壁碳纳米管和Fe~(3+)对催化中间界面层水解离有协同作用,大大提高了中间界面层水解离效率,降低了双极膜的膜阻抗和槽电压。此外,改性后双极膜中Fe~(3+)的流失量有了明显的下降,从而保持了双极膜结构和催化水解离性能的稳定性。     

混杂功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料的制备及性能

以多壁碳纳米管（MWNTs）为原料,采用不同改性方法制得了羧化碳纳米管（MWNTs-COOH）、共价功能化碳纳米管（MWNTs-NH₂）、非共价功能化碳纳米管（MWNTs-PPA）和混杂功能化碳纳米管（MWNTs-COOH-PPA）,将这4种改性碳纳米管按不同质量分数分别加入聚氨酯（PU）中制备了复合材料。使用万能材料试验机和热失重分析仪测试了复合材料的力学和热学性能,研究了碳纳米管对复合材料性能的影响。结果表明:通过在碳纳米管表面接枝少量的共价官能团防止非共价包覆的剥离,混杂功能化方法既能够改善碳纳米管在基体中的分散性,又能够保持其与基体界面间结合力,复合材料增强效果最明显。耐热性良好的碳纳米管的添加提高了PU基体的热分解温度,提高程度由于其功能化方式的不同而稍有差别。MWNTs-COOH-PPA/PU复合材料的力学性能最优,当碳纳米管含量（质量分数,下同）为0.3%时,其拉伸强度与纯PU相比提高104%,其热分解温度与MWNTs-COOH/PU相当,优于纯PU,但低于MWNT8-NH₂/PU和MWNTs-PPA/PU。     

碳纳米管的功能化及其在聚合物结构复合材料中的应用

总结了可用于复合材料制备的碳纳米管的功能化形式和内容，简要评述了功能化碳纳米管在聚合物结构复合材料制备中的应用情况，并展望了今后的研究方向。     

单壁碳纳米管的光解法功能化及其对分散性能的影响(英文)

将单壁碳纳米管分散到溶有光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙醇的四氢呋喃溶液中,在紫外光辐照下,光引发剂裂解生成2-羟基异丙基自由基。通过自由基的偶合反应,2-羟基异丙基自由基偶合到碳纳米管表面。用UV-Vis光谱、FTIR、拉曼光谱、TGA-MS及HRTEM等表征方法,证实在单壁碳纳米管表面引入了羟基。UV-Vis光谱上范霍夫吸收峰的消失表明碳纳米管表面被功能化。羟基化的SWCNTs样品在FTIR光谱中出现的3420cm-1(O—H键)、2930和2859cm-1(烷基C—H键)峰进一步证实了碳纳米管的功能化。拉曼光谱显示,随着SWCNTs的功能化,其切向模式吸收带与杂碳原子吸收带的相对比值(IG/ID)下降。TGA-MS的m/z59峰(400℃)揭示了SWCNTs上存在着异丙醇基团。HRTEM和溶解数据表明,光解改性有助于碳纳米管管束间缠结的解开,进而提高了其在有机溶剂中的溶解性,并且在一定程度上保持了碳纳米管的结构。     

碳纳米管的绿色高效功能化修饰

碳纳米管的功能化修饰为其应用研究奠定了基础。介绍了基于高效、节能、环境友好化学反应的碳纳米管功能化的新方法和新进展，包括以水、离子试剂作为溶剂和不使用有机溶剂的绿色功能化方法，以及应用超声波、微波辐射等技术的快速功能化过程，并对今后的研究方向进行了展望。     

功能化多壁碳纳米管的抗菌行为研究

分别以十二烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基溴化铵及两者的复配体系为分散剂对多壁碳纳米管进行非共价功能化处理,并考察了它们对多壁碳纳米管的分散能力。TG、FT-IR、UV-Vis吸收光谱和TEM分析结果表明,表面活性剂分子已成功吸附在多壁碳纳米管表面且复配体系对多壁碳纳米管的分散能力高于单一表面活性剂。另外,以金黄色葡萄球菌为实验菌种,通过考察功能化多壁碳纳米管悬浮液处理该菌2h后的光密度生长曲线和平板计数结果可知,复配体系功能化的多壁碳纳米管具有良好的抗菌活性。     

高场发射性能碳纳米管薄膜的沉积与表征

利用电泳法将碳纳米管（CNTs）沉积在表面镀覆了50～150 nm Ti薄膜的Si基底表面,900℃真空退火后形成了具有良好场发射性能的Ti-CNTs薄膜阴极.利用X射线衍射和扫描电子显微镜对制备的Ti-CNTs薄膜进行了表征.结果表明,高温退火过程中,CNTs的C原子和基底表面的Ti原子发生化学反应,在CNTs与基底之间形成了导电性钛碳化物,明显改善了CNTs与基底之间的电导性和附着力等界面接触性能;与Si基底表面直接电泳沉积的CNTs薄膜相比,制备的Ti-CNTs薄膜的开启电场从1.31 V/μm降低到1.19 V/μm;当电场强度为2.50 V/μm时,Ti-CNTs薄膜的场发射电流密度可达13.91 mA/cm^2;制备的Ti-CNTs薄膜显示出改善的发射稳定性.     

碳纳米管和碳黑掺杂对RDX激光点火特性的影响

采用光声光谱技术和差示扫描量热法研究了碳纳米管（CNTs）和炭黑（CB）掺杂对黑索今（RDX）激光点火特性的影响。结果表明：纯RDX在368mJ激光作用下,没有发生明显变化。经CNTs和CB掺杂处理后,RDX样品在很小的激光能量作用下就会发生分解,CNTs掺杂比cB掺杂对RDX的激光点火特性影响显著,在223mJ二者掺杂都存在一个最佳的点火延滞期。DSC分析表明掺杂后影响了RDX的热分析性能。     

碳纳米管的表征和重金属阴离子吸附性能

通过化学修饰使碳纳米管表面富含各种氧功能团,利用XPS和TPD方法表征了碳纳米管表面氧功能团的化学物理特性.研究发现:对比于未修饰的碳纳米管,化学修饰后的碳纳米管对高毒性的铬酸根阴离子有很强的吸附能力;其优异的吸附能力归结于金属阴离子与纳米管表面氧功能团的相互作用.研究指出碳纳米管可以作为替代吸附材料用于处理废水中重金...     

高能球磨工艺对CNTs／Cu复合粉末与材料性能影响

采用卧式高能球磨和机械合金化工艺制备了纳米碳管增强铜基（CNTs／Cu）复合粉体,并采用真空冷压烧结制备出CNTs／Cu复合材料,研究了高能球磨工艺参数对复合粉体与材料性能的影响规律,包括球磨时间和搅拌轴转速对复合粉体粒度、松装密度以及力学性能的影响,结果表明,高能球磨技术有利于CNTs与铜的界面结合和机械合金化。高能球磨的最佳工艺条件：搅拌轴线速度4．2／5．4m／s,球磨时间2～4h,得到的CNTs／Cu复合粉体的中位径为11．76μm,松装密度为1．356g／cm3。CNTs／Cu复合材料的致密度到达94％,硬度到达92HB,抗拉强度到达138Mpa。     

流体排布与介电电泳结合排列组装碳纳米管

流体排布和介电电泳是碳纳米管生长后排列组装的两种方法.流体排布可实现基片上较大范围的碳纳米管定向排列,且流体剪切力作用可将弯曲的碳纳米管在一定程度上拉直,但利用流体难以实现在特定位置组装碳纳米管.而介电电泳通过电极上不均匀电场实现碳纳米管在电极间沿电场方向的定向定位排列组装,介电电泳的不足之处在于电泳力难以将弯曲的碳纳米管拉直.本研究结合这两种组装方法的优势,采用流体与介电电泳结合排列组装碳纳米管.通过选择流体流动和电泳参数,流体结合直流或带直流偏置的交流电泳实现了较好的碳纳米管排列组装.与介电电泳组装相比,结合流体能减少碳纳米管之间的粘连,起到梳理拉直的作用,并提高了组装效率;与流体排布相比,结合介电电泳实现了碳纳米管在指定位置的组装.     

A jump persistent turning walker to model zebrafish locomotion

Zebrafish are gaining momentum as a laboratory animal species for the investigation of several functional and dysfunctional biological processes. Mathematical models of zebrafish behaviour are expected to considerably aid in the design of hypothesis-driven studies by enabling preliminary in silico tests that can be used to infer possible experimental outcomes without the use of zebrafish. This study is motivated by observations of sudden, drastic changes in zebrafish locomotion in the form of large deviations in turn rate. We demonstrate that such deviations can be captured through a stochastic mean reverting jump diffusion model, a process that is commonly used in financial engineering to describe large changes in the price of an asset. The jump process-based model is validated on trajectory data of adult subjects swimming in a shallow circular tank obtained from an overhead camera. Through statistical comparison of the empirical distribution of the turn rate against theoretical predictions, we demonstrate the feasibility of describing zebrafish as a jump persistent turning walker. The critical role of the jump term is assessed through comparison with a simplified mean reversion diffusion model, which does not allow for describing the heavy-tailed distributions observed in the fish turn rate.     

酸处理对MWCNTs石英晶振微天平VOCs传感器灵敏度的影响(英文)

为分析酸处理过程对石英晶振型碳纳米管(CNTs)有机(VOCs)气体传感器灵敏度的影响,制作了一种多壁碳纳米管(MWCNTs)石英晶振式VOCs传感器.发现酸处理可以明显提高传感器灵敏度,利用毛细凝聚原理与开尔文公式对上述实验现象进行了分析.另外,比较了传感器对不同有机气体(甲苯、乙醇和丙酮)的灵敏度,研究结果表明传感器灵敏度与气体饱和蒸汽压有关,同样,该实验现象可利用毛细凝聚原理与开尔文公式来解释.     

基于原子力显微镜的碳纳米管焊接

在利用碳纳米管（CNT）制作纳米电子器件时,碳纳米管与金属电极的接触特性将决定器件性能.为此本文提出了一种利用原子力显微镜（AFM）进行碳纳米管焊接的新方法.仿真研究了探针电场的强度与分布,解释了焊接中电场产生的机理,进一步分析了偏压、探针-样品距离与探针悬臂梁偏转位移之间的关系;并通过这些优选的相关实验参数进行了焊接实验验证.实验结果表明,碳纳米管与电极间的接触电阻由2.86×106Ω减小至7.14×105Ω,并可实现碳纳米管在电极上的良好固定.     

An efficient nanocomposite based on carbon nanotubes functionalized with a fluorescent ink for ultrafast optical limiting

Functionalization of CNTs with different kinds of molecules is known to alter the optical properties of CNTs, leading to the development of new nanocomposites of interest to optoelctronics. This paper presents the design of a new and efficient optical limiting material based on carbon nanotubes (CNTs) functionalized with a commercial fluorescent ink. High resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and optical spectroscopy indicate that the ink molecules get noncovalently attached to the surface of the CNTs. The mechanism of optical nonlinearity of the CNTs gets modified after functionalization. Z-scan studies on functionalized CNTs performed using mode-locked Ti:Sapphire femtosecond pulses at 780 nm reveal the predominance of two photon absorption (TPA). Efficient and low threshold ultrafast optical limiting is demonstrated in the new nanocomposite.