单壁碳纳米管的功能化和嵌段共聚物复合薄膜的自组装

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嵌段共聚物薄膜可在一定的条件下自组装成规整排列的有序的结构,这些结构在制备功能纳米材料中有很大的应用。为得到理想的嵌段共聚物薄膜形态,本文系统地研究了溶剂场、薄膜厚度、基底材料以及纳米棒的加入对薄膜自组装形态的影响。首先,选用了单壁碳纳米管(SWNT)作为掺杂的纳米材料。由于单壁碳纳米管高比表面能的特点,容易团聚导致分散性很差,使得其应用受限。本课题采用了混酸氧化反应、酰氯化反应等一系列反应将聚乙二醇(PEG)接枝到SWNT上,得到了水溶性很好的SWNT。除此以外,采用环加成的方法在SWNT接枝了聚苯乙烯,先用ATRP的方法合成PS-Br,再叠氮化,最后环加成反应接枝到SWNT上,得到了在常用溶剂中分散很好的SWNT。还用非共价功能化的方法在SWNT上包覆了修饰性的PEG5000。其次,选用了聚苯乙烯-b-聚环氧乙烷(PS-b-PEO)作为自组装的研究对象。研究了0.01wt%SWNT-PEG水溶液表面PS-b-PEO薄膜、添加10wt%SWNT-PS的PS-b-PEO硅基底复合薄膜、添加10wt%非共价修饰PEG5000的SWNT与PS-b-PEO硅基底复合薄膜在溶剂场处理下的自组装行为。用甲苯、三氯甲烷退火不同的时间,得到了不同的薄膜形态,并用透射电子显微镜进行了观察。对SWNT-PEG在其中的分散性进行了分析,发现其选择性地分散在PEO相中。分析了不同溶剂场对PS-b-PEO薄膜形态的影响,发现PS-b-PEO链段在三氯甲烷气氛下流动性更好,薄膜形态变化比较大。对水上薄膜厚度对PS-b-PEO薄膜形态的影响进行了分析,较薄的PS-b-PEO膜在适当时间的溶剂场下倾向于形成条带状结构,而较厚的PS-b-PEO膜则倾向于形成胶束。对自组装基底对薄膜形态的影响进行了分析,在软质基底水溶液上PS-b-PEO相分离的尺寸要比在硬质基底硅晶片上的大得多。这为具有特殊电学性能的有序嵌段共聚物模板的制备提供了一条思路。
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