纳米纤维素蒸发自组装诱导单壁碳纳米管有序排列

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纳米纤维素(NCC)具有较高的杨氏模量及较大的比表面积,在水体系中具有良好的分散性能,也可以作为纳米填充剂增强复合材料的机械性能。最近,纳米纤维素的组装性能也得到科学家的广泛关注:蒸发作用诱导其发生奇特的自组装行为,形成特异的胆甾型向列相结构,从而产生选择性反射的光学行为。胆甾型向列相排列的纤维素本身是一种优异的光学材料,又可以作为纳米材料制备的模板。碳纳米管(CNTs)的分散与有序排列是材料制备领域研究的重要内容之一。本文利用了纳米纤维素的分散性能制备NCC-CNTs的复合溶液,蒸发作用下形成纤维素的胆甾型向列相液晶结构,以诱导单壁碳纳米管产生有序排列。在复合有序薄膜制备基础上,煅烧形成CNTs掺杂的碳纳米材料。  本研究主要内容包括:⑴采用强酸水解法制备棒状纳米纤维素,并用其分散单壁碳纳米管,得到两者的复合溶液。在室温下,通过NCC-CNTs的缓慢蒸发得到二者的复合薄膜。对于复合溶液及形成的固态薄膜进行偏光显微(POM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、扫描探针显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)表征。单壁碳纳米管的有序排列通过欧姆表、TEM、AFM等手段进行测定。结果表明碳管的掺杂对纤维素的组装性能几乎不产生影响,碳纳米管可以被捕获进纳米纤维素的螺旋结构中,从而产生直立、平行的有序排列。⑵在纳米纤维素-碳纳米管复合薄膜的基础上,通过添加正硅酸乙酯水解的方法生成的二氧化硅掺杂的纳米纤维素-碳纳米管复合薄膜,采取煅烧和强碱刻蚀处理的方式,制备成碳管掺杂的有序介孔碳材料。然后对碳材料进行微观结构的表征及电化学性质的测量,表明了碳材料保持了其手性螺旋向列相排列,并具有较大的比表面积与均匀的纳米级的孔结构;电化学性质测试表明中碳材料作为电极有很好电荷传输行为、优异的电容行为和较低的阻抗。
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