碳纳米管/聚合物基柔性电磁干扰屏蔽复合材料研究进展

当今,柔性可穿戴电子设备、航空航天等领域的快速发展对柔性、轻质电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)屏蔽材料的需求不断增加,碳纳米管/聚合物基复合材料因具有柔性好、质量轻、导电性和机械稳定性优异、EMI屏蔽效能可调等优点而备受关注。本文介绍了电磁屏蔽机理,对碳纳米管的分散方法和碳纳米管/聚合物基柔性EMI屏蔽复合材料的制备方法进行了对比总结,综述了碳纳米管/聚合物基柔性EMI屏蔽复合材料的研究进展。最后,提出了碳纳米管/聚合物基柔性EMI屏蔽复合材料亟待解决的关键科学问题,并对其未来发展趋势进行了展望。     

循环伏安法对自组装分子沉积膜屏蔽效应的研究

用循环伏安法研究了分子沉积（ＭＤ）膜的屏蔽效应，讨论了不同条件对其成膜性和稳定性的影响，得到了金电极表面沉积规整ＭＤ膜的一般机制和佳成膜条件，证实了ＭＤ膜的自发有序排列的组装过程。     

电化学方法对两性接枝星形聚合物LB膜屏蔽效应的研究

本文将自制Y式玻碳电极拉上两性接枝星形聚合物(GPSMA)的LB膜,用循环伏安法研究谈膜的屏蔽效应,讨论了接枝量、成膜条件等对膜缺陷的影响,并提出了减少缺陷的办法。     

三明治结构多壁碳纳米管/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料的制备

以聚醚砜(PES)为黏结剂, 多壁碳纳米管(MWCNTs)为芯层, 聚醚醚酮(PEEK)薄膜为皮层, 制备了具有 三明治结构的MWCNTs/PEEK电磁屏蔽复合材料. 研究结果表明, 将适量的黏结剂PES引入到MWCNTs芯 层中, 当芯层层数增加到3层时, 复合材料的平均厚度仅有0.28 mm, 其密度、 拉伸强度、 5%热失重温 度(T_d,5%)、 导电率、 电磁屏蔽值及比电磁屏蔽值分别可以达到1.349 g/cm³, 80 MPa, 581.8 ℃, 2.6 S/cm, 32 dB及115 dB/mm, 是一种质量轻、 厚度薄、 机械性能好且电磁屏蔽性能高的复合材料. 其优异的综合性能主要归因于在三明治结构MWCNTs/PEEK复合材料的制备过程中, 在碳纳米管芯层中引入适量的聚醚砜作为黏结剂可以改善芯层内部碳纳米管之间及芯层与聚醚醚酮皮层之间的界面作用, 有利于芯层及芯层与皮层黏结成一个整体, 从而提高复合材料的机械性能; 同时, 芯层中碳纳米管互相搭接成密集导电网络又可以使得复合材料拥有较高的电磁屏蔽性能.     

多壁碳纳米管填充高密度聚乙烯复合材料的导电特性

自20世纪90年代Iijima发现碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)以来,由于其独特的力学性能、电学性能和极高的纵横比,使CNTs在纳米电子器件、催化剂载体、电极材料、储氢材料等方面的应用取得了引人注目的进展,迄今,CNTs填充高分子复合材料的研究主要集中在力学增强以及光学性能的改进方面,其制备方法主要是溶液法和原位聚合方法,     

具有隔离结构的聚丙烯/碳纳米管复合材料的制备及电磁屏蔽性能

通过共挤出包覆-热压法制备了具有隔离结构的聚丙烯(PP)/碳纳米管(CNTs)电磁屏蔽复合材料。 其中,CNTs随机分布于PP基体中形成导电相,该导电复合物作为包覆层包敷在纯PP颗粒表面,形成包覆复合粒子,经热压后形成隔离导电网络。 结果表明,所制备的隔离结构复合材料呈现良好的导电性能,可获得较低的导电逾渗值0.28%(体积分数);在CNTs质量分数为5.6%时,该复合材料电磁屏蔽性能达到25.6 dB,同时具有良好的力学性能。 本文结果表明,共挤出包覆-热压法制备隔离结构导电复合材料方法简单可控、绿色环保,对开发高性能电磁屏蔽复合材料具有重要指导意义。     

SBA-16薄膜内生长碳纳米管阵列及其Fe的填充

以表面活性剂F-127、导电玻璃(ITO)为基底制备了三维体心立方结构(Im3m)的介孔SBA-16膜.该膜的(111)晶面垂直于ITO基底.采用电化学沉积技术将少量Fe沉积进入SBA-16膜的孔底,沉积Fe后的SBA-16膜于700℃下乙炔裂解生长碳纳米管,在SBA-16膜(孔)内生长直径均匀、间距相等的开口碳纳米管阵列.采用二次电沉积法可以制备高度有序的填充Fe的碳纳米管阵列.TEM的研究结果表明填充进碳纳米管的Fe具有单晶结构.     

碳纳米管阵列的气相沉积制备及场发射特性

运用酞菁铁热解法气相沉积制备了碳纳米管阵列.所得碳纳米管呈多壁结构.单根碳纳米管的平均直径约为25 nm，长度约4～5 μm，且具有很好的准直性.研究了碳纳米管阵列的平面场发射特性，相应的开启电压和阈值电压分别为1.28和2.3 V•μm－1，表明碳纳米管具有很强的场发射能力.利用场发射显微镜观察了碳纳米管阵列的场发射像，发现碳纳米管阵列的场发射主要集中在样品薄膜的边缘部位.这是由于碳纳米管密度过大而产生的屏蔽效应所致.     

氧化镍/碳纳米管复合型超级电容器的研制

通过电化学阴极还原的方法制备了氧化镍电极材料。经250℃脱水处理后氧化镍材料表现出法拉第赝电容的电化学特性且材料单电极比容量达到210F·g^-1，优于普通活性炭材料。本文采用催化裂解法制备了碳纳米管电极材料，比容量达到了42F·g^-1。提出了采用电化学法沉积氧化镍和碳纳米管分别作为电容器正负极的新工艺，该工艺制备的复合型超级电容器的工作电位达到了1.6V，且具有良好的大电流放电特性。实验还表明该型氧化镍超级电容器具有极低的自放电率。     

碳纳米管填充技术研究

本文在回顾碳纳米管填充技术研究进程的基础上,结合自身的研究工作对碳纳米管的填充方法及相关微观机制进行了归纳和总结,并对碳纳米管填充在相关领域的应用前景及尚待开展的工作进行了评述和展望。     

具有平整表面的定向纳米碳管膜的制备

为了获得表面平整的定向纳米碳管，通过化学及物理的方法将纳米碳管膜进行反转，使其原来的AAO模板底面成为新的表面，用溶液逐步去除表面的铝和氧化铝后，获得了平整的定向纳米碳管膜表面，从而可将其作为工作面使用. 还比较了5％NaOH和6%H₃PO₄＋1.8%H₂CrO₄溶液去除氧化铝的效果.     

卟啉修饰碳纳米管研究进展

碳纳米管作为一类新型纳米材料具有许多独特的物理、化学性质,卟啉在可见光区具有广泛吸收.并可作为构筑分子体系的光捕捉单元.卟啉修饰的碳纳米管有望在生命、信息、材料科学等许多相关学科得到应用.本文综述了卟啉修饰碳纳米管的方法、影响因素,展望了其在光电领域的应用前景.     

基于有机功能化碳纳米管的自组装

利用自组装的方法,实现碳纳米管的有序排列可以充分有效的促进碳纳米管在各个领域的应用。本文从自组装所依赖的驱动力着手,介绍了国内外近几年来基于功能化碳纳米管的自组装开展的研究工作及取得的成果,重点介绍了通过配位作用、静电力及氢键、亲水/疏水相互作用等实现的自组装。     

层层组装构筑聚电解质/碳纳米管导电黏附膜

首先将聚烯丙基胺盐酸盐与碳纳米管制成复合物(PAH-CNT), 再通过层层组装技术构筑了聚丙烯酸和碳纳米管混合物(PAA-CNT)与PAH-CNT多层复合膜(PAH-CNT/PAA-CNT). PAH-CNT/PAA-CNT多层复合膜同时具有导电和黏附性能. 在玻璃和ITO基片上沉积的PAH-CNT/PAA-CNT多层复合膜的最大拉伸剪切强度接近7 MPa, 即1 cm²的黏附膜可以承受约70 kg的重物. 碳纳米管的引入使PAH-CNT/PAA-CNT多层复合膜具有更好的导电性.     

Absorption and Structural Property of Ethanol/Water Mixture with Carbon Nanotubes

Molecular dynamics (MD) simulations are performed to study the structure and adsorption of ethanol/water mixture within carbon nanotubes (CNTs). Inside the (6,6) and (10,10) CNTs, there are always almost full of ethanol molecules and hardly water molecules. Inside wider CNTs, there are some water molecules, while the ethanol mass fractions inside the CNTs are still much higher than the corresponding bulk values. A series of structural analysis for the molecules inside and outside the CNTs are performed, including the distributions of radial, axial, angular density, orientation, and the number of hydrogen bonds. The angular density distribution of the molecules in the first solvation shell outside the CNTs indicates that the methyl groups of ethanol molecules have the strongest interaction with the carbon wall, and are pinned to the centers of the hexagons of the CNTs. Based on the understanding of the microscopic mechanism of these phenomena, we propose that the CNTs prefer to contain ethanol rather than methanol.     

刚果红功能化水溶性碳纳米管膜电极的制备及在电化学传感器中的应用

基于刚果红(CR)表面修饰多壁碳纳米管(MWNTs)在干燥时所具有的良好成膜性能,在玻碳电极表面制备了一种水溶性MWNTs(MWNTs-CR)膜,用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)和交流阻抗谱(ElS)对其进行了表征.结果表明,MWNTs-CR能在电极表面形成一层致密、均匀含有大量纳米级微孔的纳米结构薄膜.和裸玻碳电极相比,MWNTs-CR膜修饰电极能极大的增强雌酮和羟甲香豆素的电化学响应.在体系中加入表面活性剂后,其电化学响应能得到进一步的提高.羟甲香豆素的浓度在8.0×10-8～4.0×10-6 mol/L范围内,其氧化峰电流与浓度呈现出良好的线性关系.在开路条件下富300 s后,HMC的检出限为2.0×10-8 mol/L.实验证明水溶性MWNTs膜是构建碳纳米管电化学传感器的理想材料.     

Flexible Planar Micro-supercapacitors Based on Carbon Nanotubes

The boom in ultra-thin electronic devices and the growing need for humanization greatly facilitated the development of wearable flexible micro-devices. But the technology to deposit electrode material on flexible substrate is still in its infancy. Herein, the flexible symmetric micro-supercapacitors made of carbon nanotubes (CNTs) on commercial printing paper as electrode materials were fabricated by combining tetrahedral preparator auxiliary coating method and laser-cutting interdigital configuration technique on a large scale. The electrochemical performance of the obtained micro-supercapacitors can be controlled and tuned by simple choosing different models of tetrahedral preparatory to obtain CNTs film of different thicknesses. As expected, the micro-supercapacitor based on CNTs film can deliver an areal capacitance up to 4.56 mF/cm\begin{document}$ ^2 $\end{document} at current of 0.02 mA. Even if, micro-supercapacitor undergoes continuous 10000 cycles, the performance of device can still remain nearly 100%. The as-demonstrated tetrahedral preparator auxiliary coating method and laser-cutting interdigital configuration technique provide new perspective for preparing microelectronics in an economical way. The paper electrode appended by CNTs achieves steerable areal capacitance, showing broad application prospect in fabricating asymmetric micro-supercapacitor with flexible planar configurations in the future.     

高填充量碳纳米管/丁苯粉末橡胶机械混炼的物理化学机制

将用喷雾干燥法制备的碳纳米管(CNTs)/丁苯粉末橡胶复合材料在开炼机上机械混炼, 考察机械混炼对复合材料常规力学性能的影响, 并对机械混炼对CNTs增强丁苯橡胶复合材料力学性能的影响进行相应的理论研究和机理分析. 结果表明, 与混炼前的复合材料相比, 机械混炼有效地提高了CNTs/丁苯橡胶复合材料的力学性能, 特别是当CNTs加入量较大时, 提高幅度更为显著, 与填充传统补强剂CB复合材料相比, 具有较大的优势. 这是因为机械混炼一方面使CNTs在橡胶基体中获得了更为充分均匀的分散; 另一方面, 混炼过程中产生的自由基以及巨大的剪切力, 使得CNTs与橡胶基体间界面结合如物理吸附、氢键作用、化学结合等得到了进一步增强, 提高了CNTs/丁苯橡胶复合材料的结合橡胶含量, 更好地发挥了CNTs对丁苯橡胶的补强效应, 从而提高了复合材料的拉伸强度和撕裂强度等力学性能. CNTs补强丁苯橡胶复合材料力学性能的机理符合“强键和弱键学说”.