碳纳米管分散研究进展

碳纳米管由于其独特的结构和性质受到了人们广泛的关注。但是目前制备的碳纳米管经常呈现团聚状态,这样就破坏了单根碳纳米管所具有的优异性能,严重影响了碳纳米管的应用。如何使碳纳米管能够有效地分散成为现在急需解决的问题。影响碳纳米管分散的因素有很多,本文主要综述了表面活性剂、超声振荡和离心这三个方面对碳纳米管分散的影响。     

碳纳米管/聚丙烯腈原液的制备及可纺性

通过原位聚合的方法制备了碳纳米管／聚丙烯腈复合材料原液,并采用湿纺成型工艺制得碳纳米管／聚丙烯腈复合材料纤维。与共混工艺相比较,采用该方法制得的碳纳米管／聚丙烯腈复合材料碳纳米管在聚丙烯腈基中分散均匀,具有较好的可纺性。     

层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合物的制备及在有机溶剂中的分散

通过硝酸处理在碳纳米管(CNTs)表面生成了羧基(-COOH)基团, 随后采用尿素法在其水悬浮液中原位合成了层状双金属氢氧化物(LDH), 获得了层状双金属氢氧化物/碳纳米管复合物(LDH/CNTs), 考察了CNTs用量对LDH形貌与结构的影响. 结果表明, CNTs的用量对LDH的产率及结构无显著影响; 但当CNTs用量较低(<0.2 g/L)或过高(>4.0 g/L)时, 会导致LDH的粒径分布变宽. 对LDH/CNTs进行氯化及有机化处理, 获得了十二烷基苯磺酸根离子(DBS)插层的DBS-LDH/CNTs. 对DBS-LDH/CNTs在不同有机溶剂中分散及剥离程度的研究发现, DBS-LDH/CNTs在丁醇、 乙醇及二甲苯中均可良好分散且其悬浮液较稳定, LDH在不同溶剂中的剥离程度为丁醇>乙醇>二甲苯>四氢呋喃.     

易分散碳纳米管阵列可控制备及其衍生超级电容器性能

采用浮动催化剂化学气相沉积(FCCVD)的方法制备碳纳米管(CNT)阵列,通过优化温度、注射速率、生长基底等实验条件,得到高度达到3mm的超长CNTs阵列。选用间甲酚为分散剂,实现了CNT阵列的超大浓度分散,最大分散浓度可以达到120 mg/mL,良好的分散性可以使分散体形成紧密团聚的面团状。选用40 mg/mL的浓糊状分散体,用刮涂的方法得到了大面积的CNTs纸,测试了CNTs的电容性能,表现出稳定的电容器性能。     

碳纳米管在水中的分散性

以超声波为辅助工具,分别研究阳离子、阴离子型等表面活性剂在水中对碳纳米管分散性的影响,进而研究两种表面活性剂复配后对碳纳米管分散性的影响。通过记录分散的碳纳米管溶液的保存时间和SEM对分散效果进行分析和观察。     

非离子表面活性剂对多壁碳纳米管在乙醇中高浓度分散的作用

如果能在无需聚合物或共价官能团辅助的条件下, 将多壁碳纳米管(MWNTs)高浓度地分散在乙醇中, 那么向各种复合材料引入MWNTs的过程就会更加便捷. 为此, 制备了多种含有表面活性剂的多壁碳纳米管乙醇悬浮液并对比考查了它们的稳定性. 非离子表面活性剂Triton X-100 和Tween 65显示出了在乙醇中分散悬浮高浓度MWNTs的能力, 能够使1.0 g·L-1 MWNTs乙醇悬浮液的上层清液经240 h后浓度仍分别在0.50和0.35 g·L-1以上. 这样长时间稳定的、没有聚合物或共价官能团辅助的MWNTs乙醇悬浮液, 其浓度比文献报道的值高. 进一步探讨了这些非离子表面活性剂分子结构对于分散MWNTs的优势, 并直观给出了其吸附于碳纳米管表面的可能形式. X射线光电子能谱和透射电子显微镜的表征结果都证实了表面活性剂分子吸附于碳纳米管表面.     

卟啉修饰的碳纳米管研究进展

从问题解决的视角介绍碳纳米管的性质和在应用方面存在的问题。重点介绍卟啉修饰的碳纳米管的优势以及卟啉修饰碳纳米管的方法、应用和近期的研究进展。     

不同分子量木质素磺酸钠对多壁碳纳米管分散性能的影响

研究了不同分子量级分的木质素磺酸钠(SLS)在多壁碳纳米管(MWCNTs)上的吸附特征及其对分散性能的影响.不同级分的SLS及其对MWCNTs的分散性能通过凝胶渗透色谱(GPC),紫外-可见(UV-Vis)光谱、元素分析、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、zeta电位、扫描电子显微镜(SEM)来表征.结果表明,分子量较大的SLS级分中芳香环含量较高,其与MWCNTs之间的π-π作用更强,在MWCNTs上的吸附量大,表现出最佳的分散性能,所分散的MWCNTs的电阻率最小,导电性能较佳.     

超声分散对单壁碳纳米管分离的影响

利用凝胶柱色谱技术, 研究者们通过两步或多步淋洗的方法实现了不同导电属性或电子结构单壁碳纳米管(SWCNTs)的分离, 并提出其分离机制主要是由不同导电属性和电子结构的SWCNTs 与凝胶填料之间作用力的差异所导致的. 基于凝胶柱色谱分离技术, 本文重点考察了超声时间对单壁碳纳米管单分散以及金属型/半导体型SWCNTs 分离的影响. 在一定的低超声功率下, 适当增加超声时间有利于SWCNTs 在十二烷基硫酸钠(SDS)溶液中的单分散. 紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)吸收光谱、拉曼(Raman)光谱和荧光(PL)光谱表征结果表明, 2 h的超声条件是获得高纯度的金属型以及不同直径分布的半导体型SWCNTs 的最优条件. 我们认为不同超声时间对SWCNTs 分离的影响主要是改变了SWCNTs 的单分散性和长度, 调制了不同SWCNTs 与凝胶之间作用力的差异, 从而导致了不同SWCNTs分离结果.     

单壁碳纳米管在胆酸类表面活性剂中的分散及手性碳管(6,5)的双水相分离方法

选用牛磺脱氧胆酸钠和脱氧胆酸钠等6种胆酸类表面活性剂,考察其对单壁碳纳米管(SWCNTs)的分散能力.紫外-可见-近红外吸收光谱测试结果表明,在超声功率为225 W,超声时间1 h的分散条件下,胆酸类表面活性剂均能对SWCNTs均匀分散,均可作为SWCNTs的分散剂.在相同条件下,质量分数为2%的牛磺脱氧胆酸钠对SWCNTs的分散能力最强,脱氧胆酸钠对SWCNTs的分散能力最弱.此外,还采用聚乙二醇/葡聚糖双水相系统对SWCNTs分散液进行了萃取分离,获得了纯度较高的手性SWCNTs(6,5).所筛选的SWCNTs分散剂及采用的双水相分离方法为单一手性SWCNTs的分离提供了一定的技术参考.     

Rheological Behavior of Spinning Dope of Multiwalled Carbon Nanotube/Polyacrylonitrile Composites

The spinning dope of Multiwalled carbon nanotube/polyacrylonitrile composites was prepared by in-situ polymerization in 50wt% NaSCN solution. The rheological behavior of the dope containing carbon nanotubes from 0.19wt% to 1.9wt% was investigated using rotational rheometry at 60°C.The nanotubes have diameters between 30-50nm and lengths ranging from 6 to 10 μm. The apparent viscosity decreases with the addition of carbon nanotubes; this can be explained by the inhibition of carbon nanotubes during polymerization progress. The spinning dope containing various contents of carbon nanotubes exhibits a shear thickening effect. However, the dynamic rheological test shows there is a peak of complex viscosity with the increasing in frequency.     

自由基反应修饰碳纳米管

碳纳米管由于其特异的光电及力学性能受到广泛的关注,但其在溶剂中的分散性及与材料的相容性较差,应用受到一定的限制。为了解决这一技术问题,已报到了多种修饰碳纳米管的方法。本文综述了通过自由基反应修饰碳纳米管的各种途径与方法,大体分为小分子自由基反应改性碳纳米管与大分子自由基聚合反应改性碳纳米管。用于改性碳纳米管的小分子自由基包括芳香偶氮盐、过氧化物分解产生的自由基、卡宾与乃春自由基等;大分子自由基聚合反应包括ATRP、RAFT、NMP、铈离子引发聚合、原位聚合、溶液聚合、沉淀聚合、无皂乳液聚合、乳液聚合等。本文也简要地概述了通过其他途径产生的自由基修饰碳纳米管的方法。     

贵金属纳米粒子修饰碳纳米管的研究

碳纳米管具有独特的一维管状结构和优异的电、光、热和力学性能,是药物和纳米催化剂的理想载体。将具有独特光、电、磁和催化性能的贵金属纳米粒子负载在碳纳米管的表面,形成的碳纳米管/贵金属纳米粒子复合物不仅兼有两种纳米材料的优异性能,还可能产生新的特性,在催化、储能、燃料电池、电子器件和传感器等领域均有广阔的应用前景。本文主要从共价修饰和非共价修饰两种策略出发,综述了贵金属纳米粒子修饰碳纳米管的制备方法和研究进展。其中用天然高分子包覆的碳纳米管表面具有很好的贵金属配位结合能力,得到的纳米复合物具有良好的水分散性和生物相容性,在载药、生物传感器和肿瘤诊断治疗等生物领域具有明显的优势。     

Electrochemical Characterization of the Interaction of Multiwalled Carbon Nanotubes with Doxorubicin

It has been suggested that multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) interacting with pharmaceutics may be introduced into the body as nanocarriers. To deliver the anticancer drugs, covalent or noncovalent functionalization of MWCNTs is required. In this study, the influence of oxidation on MWCNTs in the interaction with chemotherapeutic drug, doxorubicin, was characterized. The binding of doxorubicin with MWCNTs decreased rapidly with the increasing oxidation period with sulfuric acid. However, with nitric acid, the interaction increased initially and slowly decreased with time. The best results were obtained for sulfuric and nitric acid following 1 and 3?h of oxidation, respectively. The results show that sulfuric acid provided more favorable interaction for MWCNTs with doxorubicin than nitric acid.     

Quantitative Non-Covalent Functionalization of Carbon Nanotubes

We report a convenient method for quantitative non-covalent functionalization of single-walled carbon nanotubes (SWNT) with phthalocyanine (Pc) compounds, in which a surface coverage of 49% was achieved. The effect of several process parameters on the functionalization process was elucidated. Firstly, as-produced SWNT gave the largest extent of functionalization compared with purified SWNT and as-produced multi-walled carbon nanotubes (MWNT). Secondly, the extent of functionalization was sensitive to the specific molecular structures of the Pc compounds. Finally, in terms of solvent selection, dimethylformamide (DMF) was found to give the largest extent of functionalization, which is then followed by chloroform (CHCl₃) and 1,2-dichlorobenzene (ODCB). The method reported in this paper provides new insights on the interactions between Pc molecules and carbon nanotubes and paves the way for rational control of the degree of functionalization, which is an important step from the perspective of carbon nanotube applications. Electronic supplementary material Supplementary material for this article is avilable at and is accessible for authorised users.     

Functionalization of Multi‐Walled Carbon Nanotubes by Electrografting of Polyacrylonitrile

Summary: Multi‐walled carbon nanotubes (MWNTs) have been successfully modified with polyacrylonitrile (PAN) by a cathodic electrochemical process. The surface‐modified MWNTs afforded are then dispersible in good solvents for PAN, such as N,N‐dimethylformamide (DMF). Collected from a dilute dispersion, these MWNTs are essentially disentangled, as confirmed by transmission electron microscopy (TEM) analysis. From the differential scanning calorimetry (DSC) traces for polyacrylonitrile and polyacrylonitrile‐grafted MWNTs, the maximum grafting ratio is estimated at 0.28.

Electrochemical grafting of polyacrylonitriles onto the surface of multi‐walled carbon nanotubes.     

碳纳米管的共价修饰

碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)的溶解性和分散性较差是目前制约其广泛应用及在一些有特殊要求的领域(如生物技术)应用的主要原因之一. 对CNTs进行共价修饰是改善其溶解性和分散性的有效方法之一. 目前CNTs的共价修饰主要通过两类反应来实现: 羧基的衍生反应和直接加成反应. 介绍了基于这两种反应的几种共价修饰方法, 比较了各种修饰方法的优缺点及其对CNTs的溶解性和分散性的改善效果.     

碳纳米管/聚合物复合材料

本文简要介绍了碳纳米管的纯化和表面改性方法,着重对碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法、微观结构表征及其力学、电学、光学等性能的研究进行了综述;简述了此类复合材料在电学、电磁屏蔽材料及吸波隐身材料、纤维材料以及航天工业等领域的应用,探讨了该研究领域所面临的一些问题及今后的发展方向。     

Shaping Polymer Particles by Carbon Nanotubes

We report the formation of poly(propylene) spherical and ellipsoidal particles templated by carbon nanotubes via solution crystallization. With an increase in nanotube loading, the particle shape changes from sphere to ellipsoid. In the intermediate concentration range, both spherical and ellipsoidal shapes coexist. The particle size decreases with an increase in nanotube loading.