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。     

碳纳米管的功能化修饰及应用研究进展

碳纳米管以其独特的一维结构,优良的力学、电学、光学等性能,受到学术界的广泛关注。但是在实际应用中由于其纳米材料的强大范德华力,碳纳米管很容易聚集在一起。同时碳纳米管不溶于水及有机溶剂,所以限制了其在实际中的应用。因此要对碳纳米管进行表面改性,使其在溶剂中能良好地分散。主要介绍近年来碳纳米管的改性方法,以及在实际应用方面的研究。     

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。     

功能化碳纳米管改性热塑性复合材料研究进展

碳纳米管(CNT)具有纳米级直径、大长径比、高强度,同时又具有优异的柔韧性以及良好的化学稳定性,这使得CNT可以成为增强聚合物复合材料的理想填料。然而,由于范德华力相互作用,CNT极难在热塑性基体中形成稳定分散。将CNT表面功能化是有效改善CNT与树脂基体亲和性和实现有效分散的重要手段。综述了CNT功能化的方法,功能化CNT在热塑性基体中的分散研究进展,及其改性后对热塑性基体的电学和力学性能等的影响,最后阐述了目前CNT在聚合物中应用的关键问题。     

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。     

多壁碳纳米管的表面乙烯基功能化

本文采用浓硫酸/浓硝酸(3:1,v/v)组成的混酸体系在140℃时对多壁碳纳米管进行了氧化处理,并通过氧化后在多壁碳纳米管表面生成的羟基官能团与丙烯酰氯进行反应,制备了表面乙烯基功能化的多壁碳纳米管.强酸氧化后多壁碳纳米管的表面形貌通过透射电子显微镜进行了观察,结果表明氧化时间为60分钟时所得多壁碳纳米管的长度比较均匀,长径比较大,具有明显的两端开口结构.氧化后多壁碳纳米管表面的官能团通过核磁共振波谱仪进行了表征,结果表明混酸氧化处理60分钟后的多壁碳纳米管的管壁和管端生成了羟基等官能团.氧化后的多壁碳纳米管与丙烯酰氯充分反应后的产物的核磁共振氢谱图表明,反应产物为乙烯基功能化的多壁碳纳米管.     

功能化碳纳米管的制备及功能化碳纳米管/尼龙6复合纤维

采用多聚磷酸(PPA)/P₂O₅弱酸体系, 通过傅克反应(Friedel-Crafts reaction)对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行功能化改性, 加入己内酰胺后采用原位聚合法制备功能化碳纳米管(F-MWCNTs)/尼龙6(PA6)复合材料, 并熔融纺丝制备复合纤维。通过TEM、TG、DSC、SEM及力学性能测试对复合纤维进行表征。结果表明: 在MWCNTs表面成功地接枝了氨基, F-MWCNTs均匀地分散在PA6基体中, 没有发生团聚现象, 并且与基体具有很好的界面作用; F-MWCNTs的加入, 对复合纤维的熔融温度和结晶度影响不大, 结晶温度有所提高, 并明显提高了复合纤维的热稳定性; 随着F-MWCNTs的加入, 复合纤维的拉伸断裂强度和杨氏模量增加, 当F-MWCNTs质量分数为0.5%时, 拉伸断裂强度和杨氏模量达到最大, 比纯PA6纤维分别提高了45%和208%。     

PEG功能化碳纳米管的制备及爽斑马鱼的毒性实验研究

用DSPE—PEG2000-NH2超声处理碳纳米管,制备了PEG功能化的碳纳米管水溶液,并采用斑马鱼及其胚胎为实验对象,检测了功能化多壁碳纳米管对斑马鱼的毒性,结果表明,功能化后的碳纳米管导致斑马鱼成鱼存活率下降,作用48h的成鱼30d成活率下降至最低;功能化碳纳米管曝露使得虎马鱼胚胎发育异常,出现卵凝结和胚胎细胞自溶;其幼鱼延迟发育,存活率下降,甚至造成斑马鱼心包囊水肿和畸形的发生。     

多壁碳纳米管功能化及其增韧环氧树脂的研究

采用混酸氧化多壁碳纳米管（MWCNTs），然后将其与过氧化丁二酸反应，接着对其进行酰胺功能化处理，并用功能化后的MWCNTs对环氧树脂（EP）进行增韧改性，研究了不同含量MWCNTs对EP力学性能的影响，探讨了其改性机理。研究结果表明，经过功能化处理，MWCNTs表面成功接上了一定数量的酰胺基团，将其加入到EP中可大幅度提高EP的冲击强度，在其用量为1．5wt％时，冲击强度提高了92%,SEM结果显示，加入MWCNTs后印由脆性断裂转变为韧性断裂。     

多壁碳纳米管功能化及其增韧环氧树脂的研究

采用混酸氧化多壁碳纳米管(MWCNTs),然后将其与过氧化丁二酸反应,接着对其进行酰胺功能化处理,并用功能化后的MWCNTs对环氧树脂(EP)进行增韧改性,研究了不同含量MWCNTs对EP力学性能的影响,探讨了其改性机理.研究结果表明,经过功能化处理,MWCNTs表面成功接上了一定数量的酰胺基团,将其加入到EP中可大幅度提高EP的冲击强度,在其用量为1.5wt%时,冲击强度提高了92%;SEM结果显示,加入MWCNTs后EP由脆性断裂转变为韧性断裂.     

DNA功能化碳纳米管电极的制备及与青蒿素相互作用的研究

单壁碳纳米管(SWCNTs)通过羧基和氨基形成酰胺共价键联上了DNA,从而制得DNA生物功能化的碳纳米管修饰电极.傅立叶红外光谱表明DNA共价结合在SWCNTs上,同时用SEM表征了研究电极的形貌.循环伏安法(CV)研究表明,DNA修饰电极反应过程属于扩散控制过程.与青蒿素的相互作用研究结果表明,SWCNTs上的DNA分子具有生物活性,且能与其它生物分子发生相互作用.     

碳纳米管共价修饰功能化研究进展

综述了近年来国内外碳纳米管共价修饰功能化的研究进展,功能化后的碳纳米管不仅保持了原有的特异性质,而且还表现出修饰基团参加反应的活性,为碳纳米管的分散、组装及表面反应提供可能。     

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。     

碳纳米管药物载体的研究进展

综述了近几年碳纳米管作为药物载体的研究进展,尤其是功能化后的碳纳米管,如将其与磁性粒子或者量子点相结合后,则具有特殊的识别功能,可实现靶向性给药和荧光示踪,因而作为一种新型的药物载体成为生物医学领域的研究热点之一,指出随着碳纳米管在药物载体领域研究的日趋深入,碳纳米管的修饰及其多功能性将是以后研究的重点,拓展了其在生物医学领域的应用。     

碳纳米管在生物传感器及药物/基因领域的研究进展

碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)是一种新型纳米材料,具有特殊的纳米结构,在生物医学领域显示出诱人的潜在应用价值和前景,正逐步引起越来越多研究者的关注。功能化碳纳米管(f-CNTs)具有特殊的识别功能、很强的细胞穿透能力和较低的细胞毒性,为它在生物传感器的发展开辟了广阔的前景,同时,也使其在药物和基因运转领域中的应用成为可能。综述了近几年国内外关于碳纳米管在生物传感器、药物和基因转运领域中的应用进展,并简要探讨了其毒性。     

表面功能化碳纳米管改性水性聚氨酯复合材料的制备与性能

以聚酯多元醇(PCDL)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丁酸(DMBA)、1,4-丁二醇(BDO)、双季戊四醇(DiPE)为原料,合成-NCO封端的水性聚氨酯预聚体(WPU);再以多巴胺(DOA)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)协同修饰碳纳米管(CNTs),得到A-DOA/CNTs,并与WPU进行共价连接、交联,制备了A-DOA/CNTs/WPU复合材料。通过红外光谱、X射线光电子能谱、透射电镜、扫描电镜、热重分析和拉伸性能等对材料结构和性能进行表征,探究了ADOA/CNTs的用量对胶膜耐水性、热性能、断面形貌及力学性能的影响。结果表明,当A-DOA/CNTs质量分数为0.75%时,能均匀分散在聚氨酯基体中,此时胶膜的综合性能最佳,水接触角为92.6°,吸水率5.7%,拉伸强度为29.6MPa,断裂伸长率为225%,质量损失T_10%时的热分解温度为267℃,与纯聚氨酯相比热分解温度提高了28℃,其耐热性、耐水性、力学性能均有显著提高。     

混杂功能化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

对多壁碳纳米管(MWCNTs)分别进行共价、非共价和混杂功能化改性, 然后采用溶液共混法, 将三种功能化类型的MWCNTs按不同质量分数分别加入环氧树脂(EP)制备MWCNTs/EP复合材料。通过拉伸试验和热重分析, 研究MWCNTs的功能化类型及含量对复合材料力学性能和热学性能的影响, 并对复合材料拉伸试件断面进行SEM观察分析。结果表明: 与共价功能化复合材料(MWCNTs-Epon828/EP)和非共价功能化复合材料(MWCNTs-PPA/EP)相比, 混杂功能化复合材料(MWCNTs-Epon828-PPA/EP)的力学性能和热学性能最佳。当MWCNTs质量分数为0.3%时, 其拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率较纯EP分别提高30%, 62%和26%。      

碳纳米管传感器的研究进展

综述了不同功能碳纳米管传感器(微型碳纳米管气体离子传感器、无线被动碳纳米管气体传感器、碳纳米管化学和力学传感器、碳纳米管阵列生物传感器、碳纳米管温度和风速传感器、碳纳米管神经毒气传感器)的制备、结构特点、性能和发展方向.     

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.