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碳纳米管(CNTs)包括单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)。单壁碳纳米管可看成是片状石墨卷成的圆筒,直径为几个纳米。单壁碳纳米管具有一维结构,具有优良的力学性能、独特的电学性能和化学稳定性,已经引起了世界范围内的研究热潮。碳纳米管可以用于很多方面诸如分子导线和电子器件,传感器,高强度纤维,场发射显示器,复合材料等。本文中我们主要研究基于单壁碳纳米管的复合材料。
本论文中所用的单壁碳纳米管是用金属镍—钇做催化剂,采用电弧放电法生产的。这种方法生产的SWNTs经常含有金属催化剂,无定型碳,石墨颗粒等杂质。因为SWNTs的纯度对复合材料的性质好坏十分关键,故首先用硝酸氧化法部分除去金属,无定型碳等杂质,接着在超声波辅助下进一步采用类似于“萃取”的方法分层纯化,并用SEM,TEM,Raman等检测SWNT的纯度。
将经过纯化的SWNTs进一步在浓硝酸和浓硫酸的混合酸中超声数小时就得到了较短的,末端及侧壁带有羧基的SWNT(SWNT-COOH),这一点可以从FTIR上面得到证实。接着用SOCl2将羧基转化为酰氯(SWNT-COCl)使得SWNT的活性更高,它可以与二胺(如1,6-己二胺)反应得到带有氨基的功能化的SWNT(SWNT-CONHC6H12-NH2)。
复合材料的制备是利用SWNT的氨基与尼龙66盐的羧基原位聚合制备的。尼龙66分子链通过共价键接枝到SWNT的表面。通过SEM检测发现SWNT在尼龙66基质中分散程度明显提高。然后利用自制的模具将复合材料制备成纤维。
为了充分利用SWNT在电子和光电子方面的性质,我们合成了几种具有刚性链结构的PPE来分散SWNT及制备纳米材料。我们初步研究了PPE在氯仿溶液中和薄膜状态时的光谱方面的性质。关于SWNT光伏器件方面的研究还在进行当中。