碳纳米管的表面改性

碳纳米管（CNTs）是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管,因其优异的力学性能和电性能,可用于增强高分子材料,并有较好的导电性能。然而碳纳米管表面缺陷少,又有较大的比表面积和长径比,极易发生团聚,致使碳纳米管难以很好地分散,降低了其增强效果。有鉴于此,哈尔滨工业大学理学院应用化学系研究了混酸氧化法,对多壁碳纳米管（MWNTs）进行表面改性,引入活性基团（-COOH）,并将该法与超声波分散法相结合,实现了MWNTs在环氧树脂体系中更好的分散,     

碳纳米管表面包覆改性研究进展

综述了利用化学镀法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热法和静电自组装法对CNTs表面进行包覆的研究进展,对比分析5种制备方式下CNTs的包覆情况,为制备具有优异分散性能的改性CNTs提供研究基础.     

碳纳米管表面包覆改性研究进展

综述了利用化学镀法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、水热法和静电自组装法对CNTs表面进行包覆的研究进展,对比分析5种制备方式下CNTs的包覆情况,为制备具有优异分散性能的改性CNTs提供研究基础。     

碳纳米管的分散及表面改性

碳纳米管具有独特的结构和优异的物理化学性能,但碳管间易相互缠绕而发生团聚是限制其应用的主要原因.本文对国内外关于碳纳米管的分散及表面改性的研究进行了综合评述,评述了这些方法的优缺点,并对今后的研究方向做了展望.     

表面改性碳纳米管的制备与性能研究

分别采用丙烯酸法和偶联剂法对碳纳米管(CNTs)进行表面改性,并研究不同方法改性CNTs对丁腈橡胶(NBR)性能的影响。结果表明:与偶联剂法改性CNTs相比,丙烯酸法改性CNTs对NBR的补强作用更好;经工艺处理丙烯酸法改性CNTs与橡胶基体的结合能力及在橡胶基体内的分散性更佳,补强效果最好,有效提高了NBR胶料的拉伸强度、撕裂强度、导热系数和耐磨性能。采用高速搅拌处理并结合丙烯酸法进行CNTs改性的方法可行且改性效果良好。     

碳纳米管表面改性及其应用于复合材料的研究现状

对碳纳米管进行表面改性可提高碳纳米管的表面活性、分散能力和与基体材料之间的相容性,从而提高其在复合材料中的增强效果。本文介绍了碳纳米管表面改性的方法,分为物理法和化学法,物理法主要有高能机械研磨法、高能球磨法和超声振动法;化学法主要有酸处理法、偶联剂法、化学镀法、高能射线辐照法和原子转移自由基聚合法。在实际应用中常将几种改性方法联合使用,使得到的改性产物性能更稳定,性质更多样化。同时,介绍了改性后的碳纳米管在各种复合材料中的应用现状。并指出了对碳纳米管进行改性的两个重点：一是尽量保持碳纳米管的本身结构完整性;二是提高碳纳米管在基体中的分散性。     

壁碳纳米管的表面改性与分散工艺研究

通过浓硝酸对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行纯化,以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法对纯化后的MWCNTs进行表面改性,采用XRD、TEM分析手段对表面改性的多壁碳纳米管的物相组成和形貌进行表征,并研究了MWCNTs在乙醇中的分散性,结果表明:采用浓硝酸浸泡可以有效地纯化MWCNTs;采用溶胶-凝胶法在MWCNTs表面负载了纳米TiO2;纯化、负载纳米TiO2和超声波震荡提高了MWCNTs在乙醇中的分散性.     

碳纳米管表面改性及其在聚合物中的应用

碳纳米管作为一种纳米材料,具有独特的结钩和性能,使其表现出特殊的力学、物理、化学、电学性能,以碳纳米管作增强体的聚合物复合材料具有广阔的应用前景,已成为近几年聚合物纳米复合材料研究的热点。但由于碳纳米管表面相对“惰性”,很难在聚合物中分散,斋对其表面进行改性。本文简要介绍了碳纳米管的结钩与性能,综述了碳纳米管的表面改性力一法,包括表面化学反应改性、表面活性剂改性、聚合物包覆改性等,并介绍r碳纳米管在改善聚合物力学性能、热性能、电学性能和摩擦性能等力一面的应用进展,最后指出了其今后的研究方向。     

表面改性碳纳米管/天然橡胶复合材料的制备及性能研究

采用多巴胺对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行非共价改性,得到多巴胺改性MWCNTs(简称PCNT)。将PCNT作为填料加入天然胶乳中制备PCNT/天然橡胶(NR)复合材料,并研究其性能。透射电子显微镜(TEM)分析结果表明MWCNTs经过多巴胺改性后在水中的分散效果明显改善。PCNT/NR复合材料的拉伸强度和撕裂强度明显提高,拉伸强度由22.7 MPa升至28.4 MPa,撕裂强度由26 kN·m^-1升至40 kN·m^-1。多巴胺用量适当的PCNT在NR基体中分散更均匀,填料与橡胶的相互作用较强,能够形成较好的填料网络结构,PCNT/NR复合材料的表面电阻显著降低。     

碳纳米管化学镀Ni/Ni3P的表面改性研究

采用化学镀方法制备了Ni包覆碳纳米管(CNTs),利用红外光谱(IR)、场发射扫描电镜(FESEM)、能谱分析(EDS)以及X射线衍射分析(XRD)研究了混酸纯化、敏化活化、化学镀Ni工艺以及镀后热处理(HT)对化学镀的影响.结果表明:混酸纯化后CNTs在其表面形成了大量的羧基(-COOH)和羟基(-OH)等官能团,提高了CNTs在镀液中的分散性;当稳定剂NH4Cl为35 g/L时,随着镀液温度的升高,镀层Ni含量先升高后降低;当温度为85℃时,镀Ni效果最佳,镀层Ni的质量分数为69.05％;热处理后镀层由非晶态的Ni-P层转变为Ni3P晶态结构,镀层更加平滑致密.     

碳纳米管改性酚醛树脂的研究

研究了碳纳米管改性酚醛树脂的制备方法，以及碳纳米管预处理方法和碳纳米管用量对酚醛树脂性能的影响，并用透射电子显微镜（TEM）和热分析仪（TG）测得其微观结构和热性能。结果表明，碳纳米管能显著提高酚醛树脂耐热性。     

碳纳米管改性处理的研究

用不同的处理方法，对碳纳米管进行改性处理，结合碳纳米管的理论估算，通过BET法评价不同处理方法的改性效果。实验结果表明碳纳米管经过空气氧化或浓混酸回流处理后，由高倍透射电镜显示，其管长变短。管端端帽开口，从而显著增加了碳纳米管的比表面积和孔容。     

碳纳米管表面改性及其吸附水中污染物的研究进展

简述了碳纳米管的结构、性质及优异的吸附性能,介绍了碳纳米管的表面改性方法,总结了对不同目标物吸附效果的差异。表面改性有利于碳纳米管对水中重金属离子的吸附,对不同的有机污染物而言,不同的修饰官能团的吸附效果差异较大。指出了吸附竞争和提高选择性等是未来需要研究的方向。     

碳纳米管表面改性在阻燃尼龙6中的应用

采用表面接枝法将氨基磺酸胍(GAS)引入多壁碳纳米管(MWNTs)得到MWNTs-GAS,之后与尼龙6(PA6)进行熔融共混制备了PA6/MWNTs-GAS纳米复合材料。结果表明:MWNTs-GAS可以明显改进材料的阻燃性能,当添加量为3%时,LOI从纯PA6的22.2%提高到24.2%;燃烧时间从纯PA6的24.1 s提高到47.1 s,且熔滴现象与成炭性能显著改善;力学性能方面,与纯PA6相比,复合材料的冲击强度略有下降但拉伸强度明显提高,当添加量为1%时,PA6复合材料的拉伸强度从32.4 MPa提高至45.9 MPa。此外,对MWNTs-GAS在PA6基体中的阻燃及增强作用机理进行了探讨分析。     

三聚氰胺表面改性碳纳米管对聚丙烯阻燃性能的影响

采用三聚氰胺(MEL)对多壁碳纳米管(MWNTs)进行表面改性,获得MEL改性多壁碳纳米管(MEL-MWNTs),利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热失重分析仪(TGA)对改性产物MEL-MWNTs的结构进行表征。通过熔融共混将MEL-MWNTs用于提高聚丙烯(PP)的阻燃性能,通过极限氧指数、垂直燃烧(UL 94)、锥形量热分析(CONE)和TGA测试PP/MEL-MWNTs复合材料的阻燃及热稳定性;通过扫描电子显微镜(SEM)观察炭层结构,并测试复合材料的力学性能。结果表明,少量MEL-MWNTs(≤3 %)(质量分数,下同)可以明显改善PP的阻燃性能,3 %的MEL-MWNTs使PP的极限氧指数从18 %提高到22 %,UL 94中开始产生熔滴的时间也从3.7 s延长到30.0 s,燃烧后形成致密炭层;热释放速率及总量均比纯PP有所降低;同时MEL-MWNTs的加入使PP复合材料的拉伸强度有一定提升,但断裂伸长率降低。     

碳纳米管改性HDPE的性能研究

采用不同接枝方法的碳纳米管使用不同份量对HDPE改性,检测碳纳米管对HDPE力学性能以及表面电阻影响。结果表明,任何一种CNTs的添加量上升时,表面电阻呈现下降趋势,冲击性能呈现下降趋势,拉伸强度呈现上升趋势。KH590的综合性能最好,KH590+CF次之,MMA性能最弱。     

碳纳米管改性氟橡胶的性能研究

开展了碳纳米管材料对氟橡胶复合材料的改性研究,探究碳纳米管含量对氟橡胶复合体系物理性能、热性能、微观结构形貌、透气性以及宏观力学性能的影响。在此基础上模拟高温高压条件进行老化试验,对老化试验前后材料的硬度变化、体积变化、拉伸性能、撕裂性能和压缩永久变形量进行了测量与分析。结果表明,拉伸强度和撕裂强度随碳管含量增加表现增加的规律,基于脆断表面和热失重断面证实了本文实现了高含量碳纳米管的均匀分散,并且一维纳米材料构筑的碳纳米管网络结构有助于氟橡胶复合材料气体阻隔性能提升;基于老化前后的性能对比数据,表明碳纳米管的存在有助于老化后氟橡胶宏观性能的保持。     

碳纳米管原位改性聚氨酯的研究

采用叠氮法将聚乙二醇(PEG)、季戊四醇(PE)分别接枝到多壁碳纳米管(MWNTs)上制得羟基化MWNTs,并利用羟基化MWNTs改性聚氨酯(PUR).利用傅立叶红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、差示扫描量热等方法对中间产物和最终产物进行了表征.研究表明,当MWNTs质量分数为0.1%时,相对于纯PUR,添加了未修饰MWNTs、PEG修饰MWNTs和PE修饰MWNTs的PUR,其拉伸强度分别提高了64.2%、80.2%、85.5%,断裂伸长率分别提高了108.4%、167.0%、127.3%.     

碳纳米管改性聚脲材料的研究

制备了化学改性的碳纳米管,并用喷涂制样的方式制备了碳纳米管改性的聚脲材料。研究了碳纳米管的种类和添加量等因素对聚脲力学性能的影响。结果表明,涂膜的拉伸强度和撕裂强度随着原始碳纳米管含量的增多而降低;而随着改性碳纳米管添加量的增加,涂膜拉伸强度先升高后下降,撕裂强度提高,断裂伸长率降低;且改性单壁碳纳米管对聚脲材料力学性能的增强效果明显优于改性双壁和多壁碳纳米管的。     

多壁碳纳米管的改性研究

采用蒸发酸纯化法处理多壁碳纳米管以去除管体表面无定形碳等杂质和改善管体之间相互缠绕团聚的现象,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对未纯化碳纳米管和纯化之后碳纳米管的结构和形貌进行表征。结果表明:与纯化处理前的多壁碳纳米管相比,在维持原有结构的情况下,纯化后的多壁碳纳米管管体表面的无定形碳等杂质去除干净,管体缺陷处断裂出现更多的端口,使得多壁碳纳米管的长度变短,比表面积增大,且在管体断裂处形成很多的亲水性基团,使管体的分散性提高从而明显改善了管体之间的缠绕团聚现象。