碳纳米管的改性及其应用
《碳纳米管的改性及其在粘胶纤维中的应用》

《碳纳米管的改性及其在粘胶纤维中的应用》篇一一、引言碳纳米管(CNTs)作为一种具有独特物理和化学性质的材料,自被发现以来便在各个领域展现出巨大的应用潜力。
粘胶纤维作为重要的纺织原料之一,其在各种服装、家纺等产品的应用中占据重要地位。
近年来,将碳纳米管引入粘胶纤维中,通过改性技术提升其性能,已成为纺织材料领域的研究热点。
本文将重点探讨碳纳米管的改性方法及其在粘胶纤维中的应用。
二、碳纳米管的改性2.1 碳纳米管的基本性质碳纳米管是一种具有独特结构的一维纳米材料,具有高强度、高导电性、高热稳定性等优点。
然而,由于碳纳米管的表面能高、容易团聚,导致其在实际应用中难以充分发挥其性能。
因此,对碳纳米管进行改性成为提高其应用性能的关键。
2.2 碳纳米管的改性方法(1)化学改性:通过引入官能团或高分子链等方式改变碳纳米管的表面性质,降低其表面能,提高分散性和相容性。
(2)物理改性:利用物理手段如超声波、电场等对碳纳米管进行分散和排列,改善其在复合材料中的分布和取向。
(3)生物改性:利用生物分子如蛋白质、多糖等对碳纳米管进行包覆和修饰,提高其生物相容性和生物活性。
三、碳纳米管在粘胶纤维中的应用3.1 粘胶纤维的基本性质及应用粘胶纤维是一种以天然纤维素为原料的纺织纤维,具有优良的吸湿性、透气性和舒适性。
然而,粘胶纤维的强度和耐磨性有待提高。
通过将碳纳米管引入粘胶纤维中,可以改善其性能。
3.2 碳纳米管在粘胶纤维中的应用方式(1)直接添加法:将改性后的碳纳米管直接添加到粘胶纤维的制备过程中,通过共混、共聚等方式制备复合纤维。
这种方式简单易行,可以有效提高粘胶纤维的力学性能和导电性能。
(2)表面修饰法:利用碳纳米管的特殊性质,对其表面进行修饰,使其与粘胶纤维分子产生相互作用,从而提高粘胶纤维的性能。
例如,利用含氨基的硅烷偶联剂对碳纳米管进行表面处理,使其与纤维素分子产生氢键作用,提高碳纳米管在粘胶纤维中的分散性和相容性。
《碳纳米管的改性及其在粘胶纤维中的应用》

《碳纳米管的改性及其在粘胶纤维中的应用》篇一一、引言碳纳米管作为一种具有独特结构和优异性能的新型纳米材料,近年来在材料科学领域引起了广泛关注。
其独特的电学、热学和力学性能使其在众多领域具有潜在的应用价值。
粘胶纤维作为一种常见的纺织纤维,具有优良的吸湿性、透气性和舒适性。
然而,粘胶纤维的力学性能和功能性仍需进一步提高。
将碳纳米管进行改性并应用于粘胶纤维中,有望进一步提升粘胶纤维的性能。
本文将重点探讨碳纳米管的改性方法及其在粘胶纤维中的应用。
二、碳纳米管的改性方法碳纳米管的改性是为了提高其溶解性、分散性和与其他材料的相容性,以便更好地应用于实际领域。
常见的碳纳米管改性方法包括表面化学改性、表面物理改性和共价改性等。
1. 表面化学改性表面化学改性是通过引入含氧、氮、硫等元素的官能团,对碳纳米管表面进行化学修饰。
这种方法可以有效地提高碳纳米管在溶剂中的溶解性和分散性,同时还能改善其与其他材料的相容性。
常用的化学改性方法包括酸氧化法、胺化法等。
2. 表面物理改性表面物理改性主要包括物理吸附、等离子体处理和沉积等方法。
这些方法可以在碳纳米管表面引入其他物质,改变其表面性质。
例如,通过等离子体处理可以在碳纳米管表面引入含氧、氮等元素的基团,提高其亲水性和分散性。
3. 共价改性共价改性是通过共价键将其他分子或聚合物链连接到碳纳米管表面,从而改变其性质。
这种方法可以实现对碳纳米管的定向功能化,但其过程较为复杂,需注意保持碳纳米管结构的完整性。
三、碳纳米管在粘胶纤维中的应用将改性后的碳纳米管应用于粘胶纤维中,可以进一步提高粘胶纤维的力学性能、导电性能、热学性能等。
具体应用方式包括制备碳纳米管/粘胶复合纤维、碳纳米管/粘胶导电纤维等。
1. 制备碳纳米管/粘胶复合纤维通过将改性后的碳纳米管与粘胶纤维进行共混、纺丝等工艺,可以制备出具有优异性能的碳纳米管/粘胶复合纤维。
这种纤维具有较高的强度、模量和韧性,同时保持良好的吸湿性和透气性。
碳纳米管在环氧树脂改性中的应用研究进展

碳纳米管(CNTs)是由石墨片层卷曲而成的接近理想的圆柱形晶须(一维纳米材料、轻质且六边形结构连接完美)[1],具有优异的力学性能、热稳定性和导电性,并且其柔韧性佳(最大弯曲角度超过110°),是复合材料理想的改性剂和功能型增强材料。
因此,CNTs 已广泛应用于聚合物基复合材料的改性,并且已成为全世界材料学家关注的焦点之一[2-3]。
环氧树脂(EP)具有良好的力学性能、粘接性能、电绝缘性能和化学稳定性能,因而已广泛应用于国民经济和国防建设等诸多领域,并且在电气、汽车、航空和电子等领域中具有不可取代的地位。
然而,EP最大的缺点是交联固化后脆性较大、耐冲击性和耐应力开裂性能较差。
采用纳米粒子对EP 进行改性,可有效克服EP 的不足之处,并且既能保持EP 良好的电绝缘性能,又能提升EP 基复合材料的耐腐性、加工性和粘接性能[4]。
EP 中引入CNTs 后虽可改善其各项性能,但两者并不是有机相和无机相简单的加和,而是在纳米范围内的结合,故两相界面间存在着较强或较弱的相互作用力,两者复合后,可得到集无机、有机和纳米粒子等诸多特性于一体的新材料[5-6]。
1 ·CNTs 的化学改性处理虽然CNTs 具有优异的力学性能和热性能,是制备高性能聚合物基复合材料理想的增强材料[7-8],但CNTs 表面的化学惰性使其与聚合物基体之间的相互作用力很小、相容性差。
因此,对CNTs 表面进行处理,可制得性能优良的CNTs/聚合物基复合材料。
CNTs 的表面处理可分为共价法和非共价法两种[9]:共价法一般为化学方法,其主要目的是使CNTs表面在强酸作用下氧化成羧基,然后将某些官能团通过与羧基的反应而引入体系中,如此可有效提高CNTs 和特定聚合物基体之间的相容性。
非共价法一般采用物理方法提高CNTs 在基体树脂中的均匀分散性,并且在不破坏CNTs 结构的同时赋予其新的性能,但这种方法不稳定,CNTs 的性能会随时间延长或环境改变而变化。
纳米管及其改性

要很高,相对而言节省了能量。
缺点:碳纳米管管径不整齐,形状不规则,并 且在制备过程中必须要用到催化剂。
其他方法
固相热解法 离子或激光溅射法 聚合反应合成 催化裂解法
第三部分 碳纳米管改性
PART 03
碳纳米管的预处理 碳纳米管的共价键功能化改性
碳纳米管的侧壁功能化改性
碳纳米管的预 处理 1.加热
聚焦于石墨靶上。在激光照射下生成气态 碳,这些气态碳和催化剂粒子被气流从高 温区带向低温区时,在催化剂的作用下生 长成CNTs。
化学气相沉积法
化学气相沉积法,或称为碳氢气体热解法:让 气态烃通过附着有催化剂微粒的模板,在 800~1200度的条件下,气态烃可以分解生成碳 纳米管。 优点:残余反应物为气体,可以离开反应体系, 得到纯度比较高的碳纳米管,同时温度亦不需
热学性能
CNTs具有良好的传热性能,并且由于具有非常大的长径比,因此其沿着长度方向的 热交换性能很高,而其在垂直方向的热交换性能较低,通过合适的取向,CNTs可以 用来制备高各向异性的热传导材料。
碳的石墨化程度越高,其导热系数越大。CNTs有着较高的热导率,只要在复合材料
中掺杂微量的碳纳米管,该复合材料的热导率将会得到很大的改善。
碳纳米管的应用 4.能量储存和环境
a. 高电子传输速率和机械完整性:倍率性 能和
循环寿命 b. 高面密度: 高能量密度和功率密度 c. 减少载流子重组和增强抵制光致氧化 d. 机械和电化学强韧的纳米多孔网络:电化学氧 化取除有机污染物、细菌和病毒
碳纳米管的应用 5.生物工程
a.
尺寸和化学与生物分子兼容:生物传感器和医疗器械 (DNA和蛋白质微阵列检测, 二氧化氮传感器,心肌肌钙蛋白传感器等)
《碳纳米管的改性及其在粘胶纤维中的应用》范文

《碳纳米管的改性及其在粘胶纤维中的应用》篇一摘要:随着科技的发展,碳纳米管因其独特的物理化学性质在材料科学领域中受到了广泛的关注。
本文旨在探讨碳纳米管的改性方法及其在粘胶纤维中的应用,通过改性增强碳纳米管的性能,并探讨其在粘胶纤维中的潜在应用价值。
一、引言碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)作为一种新型的纳米材料,具有优异的机械、电气和热学性能。
然而,由于碳纳米管本身的亲疏水性、分散性和界面相容性等问题,限制了其在多个领域中的广泛应用。
针对这一问题,碳纳米管的改性成为了研究热点。
本文将重点讨论碳纳米管的改性方法及其在粘胶纤维中的应用。
二、碳纳米管的改性方法1. 化学改性:通过引入官能团或改变碳纳米管表面的化学性质,提高其亲水性和分散性。
这种方法可以有效地改善碳纳米管与其他材料的相容性。
2. 物理改性:包括表面涂覆、包裹以及其他物理手段来改变碳纳米管的表面形态和结构,以提高其性能。
3. 生物改性:利用生物分子或生物聚合物对碳纳米管进行修饰,以增强其生物相容性和生物活性。
三、改性后的碳纳米管在粘胶纤维中的应用1. 增强纤维的机械性能:改性后的碳纳米管可以有效地提高粘胶纤维的拉伸强度、模量和韧性。
通过将改性后的碳纳米管与粘胶纤维进行复合,可以显著提高纤维的机械性能。
2. 改善纤维的功能性:改性后的碳纳米管具有优异的导电、导热和电磁屏蔽性能,可以赋予粘胶纤维更多的功能性。
例如,可以作为抗静电、抗电磁辐射和热管理材料的理想选择。
3. 提高纤维的抗老化性能:改性后的碳纳米管可以有效地提高粘胶纤维的抗老化性能,延长其使用寿命。
四、实验研究本文通过实验研究了改性碳纳米管在粘胶纤维中的应用。
首先,我们采用化学方法对碳纳米管进行改性,然后将其与粘胶纤维进行复合。
通过对比实验,我们发现改性后的碳纳米管能够显著提高粘胶纤维的机械性能和功能性。
此外,我们还研究了不同比例的碳纳米管对粘胶纤维性能的影响,以确定最佳的比例。
碳纳米管改性方法及其在复合材料制备中的应用

碳纳米管改性方法及其在复合材料制备中的应用摘要:综述了近几年关于碳纳米管改性方法的研究进展,并针对每种方法介绍了相应的复合材料制备实例。
讨论了各种改性方法的作用原理,并对其优点和缺点进行了比较。
最后对碳纳米管增强聚合物纳米复合材料的发展前景做了展望。
关键词:改性方法碳纳米管复合材料研究进展中图分类号:tb383 文献标识码:a 文章编号:1007-3973(2012)005-118-031 前言自从1991年碳纳米管被iijima发现以来,其凭借出众的力学、电学、热学、化学性能、极高的长径比(100—1000)以及纳米尺寸上独特的准一维管状分子结构,表现出运用在未来科技领域里所具有的巨大潜在价值,迅速成为物理、化学、材料科学领域里的研究热点。
碳纳米管是由很多碳原子组合在一起形成的石墨片层卷成的中空管体,根据其石墨片层数的不同,可分为单壁碳纳米管(swnts)和多壁碳纳米管(mwnts)。
由于碳纳米管主要由碳元素组成,与聚合物的成分相似,所以可以使用cnt来增强聚合物纳米复合材料。
随着的生产cnt方法越来越简便,其价格也越来越便宜,这种方法相对于在聚合物中添加含碳填料来改善聚合物性能等传统方法,改性效果更好,市场需求更广,经济前景更乐观。
可以预见,在不久的将来cnt将会成为制备聚合物基复合材料的主要原料。
2 碳纳米管的处理由于其自身固有缺陷,碳纳米管从合成到被应用到复合材料中,需要经过纯化和表面改性两个过程。
2.1 碳纳米管的纯化目前合成碳纳米管的方法很多,但无论是经典的电弧放电法,还是新兴的水热法、火焰法、固相复分解反应制备法、超临界流体技术法制备成的碳纳米管都不可避免的被各种无定形碳颗粒、无定形碳纤维和石墨微粒等杂质附着,混杂在一起,影响其纳米粒子独有的小尺寸效应、界面效应、量子效应。
它们的化学性质也相似,不但给后续制备复合材料带来困难,而且使其性能的发挥受到很大的影响,所以必须进行纯化处理。
碳纳米管的表面改性 [兼容模式]
![碳纳米管的表面改性 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/28323e7127284b73f2425022.png)
碳纳米管的表面改性1、碳纳米管的简单介绍碳纳米管是由碳六边形的石墨烯片同轴排列、两端被像富勒烯结构的端帽封口而形成一个微小的管,直径从几个埃到十几个纳米,长度可以到达几个厘米。
碳纳米管有单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种主要类型单壁碳纳米管多壁碳纳米管CNT的优良性能⏹独特的分子结构:具有显著的电子特性,是构建下一代电子器件和网络颇具吸引力的材料⏹非凡的抗张强度:可用于制造CNT加强纤维和用作聚合物添加剂⏹在分析化学领域的应用包括制作各种特定用途的生物/化学传感器及纳米探针(例如,用作原子力显微镜探针尖,在体检测的生物探针等)高的比表面积和极强的吸附性碳纳米管作为储⏹高的比表面积和极强的吸附性:碳纳米管作为储氢、储能材料CNT 的局限性⏹在电子线路的微型化方面,因为CNT 是极端疏水的,并形成不溶的集合体,很难组装成有用的结构⏹由于CNT 的化学惰性,连接纳米簇之前要首先对其表面进行活化和分散。
⏹制备、处理或操作这种纳米工程组分或共聚物时制备、处理或操作这种纳米程组分或共聚物时,需要先分散和溶解CNT,但CNT 在一般有机溶剂和水中是不溶的。
⏹CNT 的许多潜在应用都需要了解它的光激发态的性能,但CNT 在溶剂中的不溶性限制了对其的定量研究。
2、碳纳米管的表面改性⏹共价功能化:一般采用的手段是用浓酸氧化开口,截成短管,使末端或(和)侧壁的缺陷位点带上羧基,然后再进行修饰1)端口功能化Chen等[1]利用氧化开口的SWNT与SOCl2反应,再与十八胺反应,将长的脂肪链连接到CNT上,实现了CNT在有机溶剂中的溶解。
溶解的CNT与卡宾试剂进行溶液反应,实现了管壁卡宾功能化,开辟了碳管管壁的液相化学Liu等[2]同样是利用氧化开口的SWNT,通过酰化胺化反应将NH2(CH2)11SH接到碳管的端口,进一步实现了金纳米颗粒的固定;进步实现了金纳米颗粒的固定Nguyen等[ 3 ]构置垂直排列的CNT阵列纳米电极平台,采用在CNT间隙填充旋压玻璃( spin on glass, SOG)的方法,进行端口选择性氧化、继而采用碳化二亚胺辅助活(spin on glass SOG)进行端口选择性氧化继而采用碳化二亚胺辅助活化法,实现了CNT阵列的端口核酸功能化侧2)侧壁功能化Hazani等[ 4 ]通过碳化二亚胺辅助酰胺化,实现了SWNT胺基功能化的低聚核苷酸的共价修饰,得到高水溶性的加合物。
碳纳米管的性能及其在海水淡化中的应用

碳纳米管的性能及其在海水淡化中的应用摘要碳纳米管是近年来国内外广泛关注的一类纳米材料,具有一维特征孔道结构,能够有效促进液体分子的传输速率,是理想的海水淡化膜分离材料。
通过将其引入到常用的海水淡化膜基质中,借以提高膜的分离性能,逐渐成为膜分离领域的一个研究热点。
结了碳纳米管在反渗透、正渗透、膜蒸馏中的应用研究现状并分析了碳纳米管在反渗透、正渗透、膜蒸馏应用中的挑战,探讨了碳纳米管在海水淡化膜分离材料中的应用潜力。
1碳纳米管的结构与功能Kroto和Smalley于1985年首次发现了碳纳米管,直到1991年,由Iijima首次成功制备了碳纳米管。
碳纳米管是一种由单层或多层石墨烯同轴缠绕而成的柱状或层套状的管状物,碳原子以sp2杂化为主并混有sp3杂化。
碳纳米管性能优异,在微电子、生物医药和聚合物复合材料加固等方面应用潜力巨大。
碳纳米管具有独特的本征空腔结构,输水能力超强,水分子在碳纳米管中的传输速度比理论计算的高出几个数量级。
Hummer等采用分子动力学模拟水分子在碳纳米管中的流动行为,并提出了水分子在碳纳米管中的快速输送机理:首先,水分子在碳纳米管内部形成强力、规则的氢键,利于水分子快速通过;其次,碳纳米管内腔疏水、无极性,与水分子之间的相互作用非常弱,水分子能够无摩擦地通过碳纳米管。
Thomas等通过研究水分子在不同直径和长度的碳纳米管内的传输动力学,证明碳纳米管的内径对水分子的传输速度起决定作用。
随着内径的增大,水分子在碳纳米管中的构型逐渐由线性链变为堆叠五边形和六边形,最后成为无规则水流(见图1)。
当碳纳米管内径为0.83nm时,水分子成线性链,流速达到最大。
脱盐效果优异是碳纳米管在膜分离技术应用中的另一个重要性能。
碳纳米管的内径和尺寸排阻效应与毛细管行为的临界尺寸相当,能够在内壁形成能垒,只允许水分子通过,而水合离子则需要克服能垒后通过。
碳纳米管的内径对离子截留率的影响至关重要,当内径由0.66nm增大到0.93nm时,脱盐率由100%降低到95%。
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自 1991年 ,S.Iijima发 现 碳 纳 米 管 (carbon nanotubes,cNTs)以来 [1],CNTs因其 独 特 的结 构 特 征 、奇异 的物理 化 学性 能 和在 未 来 高科 技 领域 潜 在 的应 用 价值 而 备受 人 们关 注 ,很 快成 为 物 理 、化 学 、 生物 、材料 ,医药 等领 域 的研究 前沿 和热 点 。 目前 国 内外 在 CNTs的制 备 、纯 化 、功 能 化 、性 能应 用 等 方 面 已取 得 了大量 的研 究成 果 。随着 CNTs大 量制 备 技术 的 日趋 成熟 及 对其 研 究 的逐 渐深 入 ,现在 人 们 更 为关 注 CNTs的实 际 应用 ,尤 其 是将 CNTs与 聚 合 物 的 复合 。CNTs的 改性 是 实现 其应 用 价值 的前 提和 基 础 。碳纳 米 管表 面 改性 是 通 过物 理 、化 学 方 法改 变 CNTs表 面 的状 态 和 结构 ,提 高 它 的表 面 活 性,改善其 分散 性,增加 与其 它物 质 的相容性 。
非共 价作 用 的表 面 改性 是 利 用表 面活 性剂 、聚
合物 或天 然生 物大分 子 化合 物等 吸 附在 CNTs表 面 以增 加其溶 解性 。这 类方 法一 般 只是 改变 CNTs的 表面 性 质而 不会 破 坏其 原 有结 构 ,对 于保 持 CNTs 的某 些独 特 的物理性 能具 有重要 意 义 。 1.1.1 表 面活性 剂
聚合 物 可 通 过 两 种 方式 与 CNTs发 生 吸 附 作 用 :一种 是 带有 官 能 团或 含有 共 轭结 构 聚合 物 的 高 分子链 段整 体 和 CNTs产生 非 常强 的静 电吸 附 、丌一 堆 垛 作 用 ;另一 种 方式 是 聚合 物 只有 部 分高 分 子链 段 和 CNTs产生相 对较 弱 的吸 附作用 ,其 余部 分链 段 起 到空 间稳定 作用 。
第 39卷 第 2期 200年 4月
当 代 化 工
Contemporary Chemical Industry
Vo1.39.No.2 Apr il,2010
碳 纳 米 管 的 改 性及 其应 用
温春 娅 ,李 光 磊 ,孙 雪 玲
(沈 阳化工学院材料科学 与工程学 院,辽宁 沈阳 l10142)
其复合材料的制备 ,E—mail:wenchunya9666@163.tom。
200
当 代 化 工
第 39卷 第 2期
(1)静 电 吸附 、盯一堆垛 作用 碳 纳 米 管 /聚 合 物 之 间 强 的耦 合 作 用 改 变 了 CNTs的表 面化 学状 态 ,进 而改 变 了管 与管 以及管 与 溶 剂 之 间 的作 用 ,但 是这 种 作 用局 限 于 CNTs表
基 金 项 目:辽 宁省 教 育 厅 项 目(2008561);沈 阳化 工 学 院博 士科 研 启 动 基 金 项 目(2008 o 收 稿 日期 :2009—11-22 作者简 介:温春娅 :(1984一),女 ,河南驻马店人,沈阳化工学 院 2007级研究生,高分 子化 学与物理专业 ,研究方向为碳纳米管的改性及
表面活 性剂 (两性 分 子 )的亲 油端朝 向 CNTs的 表 面 ,而 极 性 基 团端 伸 向溶 剂 中 ,通 过 静 电排 斥 作 用 得 到分散 的 CNTs悬 浮液 。这 种方法 首 先要纯 化 CNTs,然 后把 CNTs加 入表 面 活性剂 溶 液 中超声 分 散 。x.Yu[3】等 采 用 Triton—X 100对 酸 氧 化 纯 化 的 CNTs进行 了分散 处理 ,CNTs被 很好 的分 散 ,用 该 分 散 液制 备 出 的 CNTs透 明导 电薄膜 的 电阻 率达 6 Q ·m,透 光率 为 88%。Hu等 『4]用 十二 烷基 硫酸钠 ,采 用 超声 波 振荡 的方法 对 CNTs进行 分散 ,并 探讨 了 不 同分 散 条件 对 CNTs分散 形 态 的影 响,发 现选 用 适 当的 CNTs原 料 、延长超 声 时 间以及 降低 悬浮 液 浓度 都将 有利 于 CNTs的充分 分散 。 1.1.2 聚合 物
1 碳纳米管 的改性
CNTs是 由碳 原子 形 成 的石 墨烯 片 层卷 积 而成 的无 缝 中孔 管 状 结 构 ,直径 最 小 可 达 0.4 am,长度 却 可达 数 毫米 ,巨大 的长 径 比使 管 与 管 之 间极 易缠 结 团聚 ,致使 CNTs很 难溶 于水 和 有机 溶剂 ,限制 了 其广 泛 的应用 和优 良性 能 的发 挥 。对 实 际制备 的纳 米碳 管 而 言 ,其 直 径 、长 短 、表 面状 态等 受 到 多种 因 素制 约 ,使 其 结构 容易 产 生缺 陷 ,如 出现五元 环 /七 元环 的拓 扑缺 陷 、sp 杂化 缺 陷 、空穴 缺 陷等 ,这就 为 我们 提 供 了对 CNTs进 行 表 面改 性 的机 会 。CNTs 的表 面 改性 可 分 为 两 类 :一 ,非 共 价 作 用 的物 理 改 性 ;二 ,共价 作用 的化 学 改性 [2J。 1.1 非 共价作 用