PVPh/PEO共混物动力学演化过程的NMR研究

聚合物共混物中链段的慢取向运动与其玻璃化转变行为和宏观力学性质密切关联,而基于化学位移各向异性重聚的~(13)C CODEX(centerband-only detection of exchange)固体核磁共振(SSNMR)技术能够有效表征共混物中链段的慢取向运动.该文利用~(13)C CODEX NMR技术详细研究了相容性聚合物共混物聚乙烯基苯酚/聚氧乙烯(PVPh/PEO)中的刚性组分PVPh在较宽温度范围内的慢取向运动特性与玻璃化转变过程的关联.研究表明,在玻璃化转变起始温度以下,PVPh主链的分子运动被冻结,而侧基存在b-松弛的慢取向运动;在玻璃化转变起始温度附近,PVPh主链具有明显的慢取向运动,而且主链和侧基是一种协同的分子运动.该文利用NMR技术揭示了共混物中的玻璃化转变起止温度分别对应于高分子主链慢取向运动CODEX信号的开始和极大值处的温度.     

受限高分子链穿越纳米管道的计算机模拟

采用计算机模拟研究了受限空间的高分子链穿越纳米管道的行为. 研究结果表明,对于不同的管道-高分子链相互作用的管道,高分子链成功穿越管道所需的平均时间随着链长或管道长度的增加线性增大. 然而,管道-高分子链之间较强的排斥和吸附作用会分别增加高分子链单元进入或离开管道的难度,因此高分子链的平均穿越时间随着管道-高分子链相互作用的增大非单调变化. 同时进一步研究高分子链在穿越纳米管道时的动力学过程,分析了管道-高分子链相互作用对高分子链穿越的影响.     

典型高分子材料的固体核磁共振研究

本论文通过固体核磁共振（NMR）谱及动力学参量的测量,并结合X-射线衍射技术和DSC测量等研究了两种典型高分子材料的相结构、链的运动以及相与相之间的关系.  乙烯-醋酸乙烯共聚物( EVA) 是最主要的乙烯共聚物之一. 研究发现,EVA的相组成非常复杂,共有5个不同的组分. 除了PE中所观察到的常规单斜晶相和刚性的正交晶相外,我们发现还存在第三个晶相分量－运动性较强的晶相（SOCP,可能是转动相）. 它不仅拥有自己的熔点,而且它的化学位移和分子运动性不同于刚性正交晶相（LOCP）. 另一方面,非晶相也由两种不同的分量组成：运动受限的各相异性的非晶界面相和高度可动的橡胶型的非晶相. 我们进一步详细研究了EVA中的晶区链动力学和非晶区的低温冻结行为. 实验发现,在正交晶相中,高分子链以180° flip-flop方式运动,同时伴随沿链方向的平移型跳跃运动,并引起正交晶相和非晶相之间的长程链扩散,通过NOE的测量证实了这种相间链扩散的存在,并进一步通过实验证实这种相间链扩散是一种受限扩散而不是自由扩散. 同时非晶相的两个组分具有不同的低温冻结行为：当温度低于-弛豫转变温度时,橡胶型的非晶相中的长程分子运动被冻结,但仍存在分子的局域运动;而界面非晶在低温时冻结成一种有序取向结构,并用质子自旋扩散实验证实该有序结构与正交晶相相邻近.  少量纳米级片层状粘土分散在聚合物中就可赋予材料许多优异的性能,我们用固体NMR技术对EVA/REC复合材料的结构和其中粘土的分散性质进行研究,发现上述复合材料中所形成的晶体类型不仅依赖于各组分的性质还依赖于所形成的复合材料的类型.  偏氟乙烯/三氟乙烯共聚物（P（VDF-TrFE））是最主要的铁电高聚物之一. 我们利用变温固体¹⁹F MAS NMR 谱及弛豫数据的测量详细研究了电子辐照对P(VDF-TrFE)共聚物的分子结构、构型、运动性以及相变等的影响. 发现,电子辐照不仅改变了分子链段的构型和运动性,同时也改变了局部分子化学结构. 电子辐照促使铁电相向顺电相(或者非晶相)转变,与此同时诱发了富含VDF和含-TrFE链段从全反式的构型到混合的反式-旁式构型的转变. 电子辐照加剧顺电区域中的分子运动而在高温熔融态中(>100 ℃）,分子的运动反而受限.     

半刚性高分子链螺旋结构诱导纳米棒的有序结构

在自然界中, 螺旋结构广泛存在. 在熵的驱动下, 高分子链能在某些特殊情形下形成螺旋结构. 采用分子动力学方法研究了高分子链诱导纳米棒的自组装行为, 发现纳米棒/高分子链体系的构象与纳米棒的数量、高分子链的刚性等密切相关. 当纳米棒与高分子链之间存在适度吸附能时, 纳米棒能够形成三种完全不同的构象, 特别是在半刚性高分子链诱导下纳米棒能够形成线型排列. 研究结果对新型材料制备具有一定指导意义.     

两嵌段高分子链在周期管道内扩散的Monte Carlo模拟

高分子链在纳米管道内的静态和动态特性与许多生物技术和生命过程相关.采用Monte Carlo方法模拟研究了两嵌段高分子链(ANABNB)在周期管道内的扩散过程.管道由长度相等的α和β两部分周期排列而成,其中α部分与高分子链A嵌段间存在吸引相互作用,而其他情形均为纯排斥作用.模拟结果表明,高分子链的扩散过程显著依赖于A嵌段长度,且扩散系数随A嵌段长度呈周期变化.通过对链与管道间的吸引作用能图像分析发现,在扩散系数峰位置,A嵌段的投影长度为管道周期长度的整数倍,同时高分子链的扩散规律与均质链在均质管道内的扩散规律一致;在扩散系数谷附近,A嵌段的投影长度为管道周期长度的半整数倍,同时扩散过程存在一系列明显的受限阶段,高分子链在不同的受限位置间跳跃转移.研究结果有助于嵌段高分子链的序列分离和可控输运.     

纳米MEH-PPV阵列的光致发光

以多孔氧化铝为模板,将可溶性发光聚合物聚（2-甲氧基-5-（2’-乙基己氧基）-1,4-对苯乙炔）（MEH-PPV）镶嵌在纳米孔中,制备出高发光效率的纳米发光聚合物阵列,其光学特性与MEH-PPV薄膜显著不同。纳米孔内的MEH-PPV分子链形成链束,链束中的分子链数目依赖于制备纳米MEH-PPV阵列所用溶液的浓度。相对于稀溶液,在由浓溶液制备的纳米MEH-PPV阵列中,MEH—PPV链束的分子链数目较多,链间作用使MEH-PPV的能带展宽,能隙减小,因而浓溶液获得的纳米MEH—PPV阵列的光致发光峰红移。热处理纳米MEH-PPV阵列的PL谱表明,纳米孔内的聚合物分子链的弛豫运动受到限制。     

双离子(40Ar+,C2H6+)辐照合成金刚石纳米晶颗粒

用双离子(40Ar+,C1H6+)辐照实验完成了从多壁碳纳米管向金刚石纳米晶颗粒的转变.对转变机理进行了初步探讨.这一探索有望能成为一种金刚石纳米晶合成的新途径.由此可知,多重荷能离子辐照用于其他材料纳米结构的制备也不是凭空设想.     

聚(9,9-二辛基芴)和聚(9,9-二辛基芴-共-苯并噻二唑)的光物理特性的理论和实验研究

通过比较分析聚(9,9-二辛基芴)(PFO)和聚(9,9-二辛基芴-共-苯并噻二唑)(F8BT),对半导体聚合物的光物理特性进行了系统研究. 量子化学计算显示,苯并噻二唑单元的引入促进了链内电荷转移(ICT),调节了聚合物的电子跃迁机制. 瞬态吸收测定表明,在单分散系统中的受激PFO衰减时主要表现为链内激子弛豫.在F8BT溶液中,ICT状态出现,并参与到激发态的弛豫过程中. 凝聚相中PFO和F8BT的弛豫过程加速和显示了在高激发强度下具有显著的激子湮灭行为. 在相同的激发强度下,F8BT的平均寿命长于PFO,有助于实现良好的电荷离域.     

模板法自组装银团簇阵列的制备和性质研究

利用自组装的嵌段聚合物有序图案为模板来制备有序金属颗粒纳米阵列是人们关注的热点之一.本文概述了最近利用团簇束流沉积系统将银团簇淀积在聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯(SBS)三嵌段聚合物自组装形成的有序图案上,制备了有序的银纳米颗粒阵列材料,如线形银团簇颗粒阵列和二维银团簇颗粒阵列.利用自编的径向分布函数计算程序对线形银团簇颗粒阵列进行了定量分析,进一步定标了这种线形阵列的有序度,发现在同一线形阵列内有小部分银团簇是近接排列的,大部分团簇颗粒是等间距排列的.同时探讨了这些有序阵列形成的机制.并讨论了利用紫外-可见分光光度计和拉曼谱仪研究这些有序阵列所得到的相关性质.     

溶胶-喷雾法制备多壁碳纳米管增强氧化铝基复合材料及性能研究

采用溶胶-喷雾制备了多壁碳纳米管增强氧化铝基球形复合粉体,采用放电等离子真空快速烧结成型.SEM分析测试结果表明,多壁碳纳米管在氧化铝基体中呈网络分布,且主要位于晶界处,少量呈穿晶分布.复合材料性能分析测试结果表明,当多壁碳纳米管的质量分数为0.5%时,复合材料的维氏硬度相对纯的氧化铝提高了32.6%;热扩散系数在不同测试温度下相对纯氧化铝的平均提高幅度为27.2%.此外,当多壁碳纳米管质量分数达到0.5%时复合材料呈导体,根据渗流导电理论拟合得到实验制备复合材料的渗流阈值为0.32 wt.%,说明多壁碳纳米管在氧化铝基体中分散良好.     

单壁碳纳米管受限空间内水的分布

碳纳米管管腔作为分子物质的纳米通道,其储存或输送水的能力具有重要研究价值.为了研究碳纳米管管腔受限空间对水分子团簇结构和分布的影响,本文采用分子动力学方法探究了管径、手性和温度对单壁碳纳米管管腔内水的结构和分布的影响.结果表明:在常温下,管径尺寸范围为1.018—1.253 nm的单壁碳纳米管管内易形成有序的多元环水结构,此范围以外碳纳米管管内难以形成水的有序结构;且随着管径尺寸增大,多元环水呈现由三元环至六元环的结构变化;范德瓦耳斯势分布分析表明,在上述管径范围内,水分子趋向于贴近碳纳米管管壁分布而形成水的有序结构.对比管径尺寸差别较小的碳纳米管,其手性对多元环水结构影响不大.多元环水结构的稳定性表现出温度依赖性,管径较大的碳纳米管内的多元环水的有序结构更易随温度升高而消失.     

基于一维TiO_2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

介绍了一种采用宽禁带半导体二氧化钛纳米管阵列薄膜材料制备β伏特效应同位素电池的方法.通过对金属钛片的电化学阳极氧化制备了垂直定向、有序排列的二氧化钛纳米管阵列薄膜,研究了退火条件对二氧化钛纳米管阵列薄膜半导体光电性能的影响.通过与镍-63辐射源的集成封装,形成三明治结构镍-63/二氧化钛纳米管阵列薄膜/钛片的β伏特同位素电池.实验结果表明,基于氩气氛围下450?C退火的黑色二氧化钛纳米管阵列薄膜具有高的氧空位缺陷浓度和宽的可见-紫外吸收光谱.在使用β辐射总能量为10 m Ci的镍-63辐射源时,同位素电池的开路电压为1.02 V,短路电流75.52 n A,最大有效转换效率为22.48%.     

镁/镀镍碳纳米管界面特性电子理论研究

建立了复合材料中（镀镍）碳纳米管/镁界面原子集团模型,采用递归法计算了界面电子结构.计算表明：镀镍碳纳米管与镁形成的界面结构能、原子结合能较低,镍能够加大纳米管/基体界面结构的稳定性,促进界面结合强度的提高;在界面镍镀层中镁原子的相互作用能为正,说明镍镀层中的镁原子相互排斥,不能形成原子团簇,具有有序化倾向,形成起到强化界面作用的有序相;碳、镁原子在未镀镍碳纳米管与镁的界面格位能较高,降低界面稳定性,因而界面比较脆弱.碳纳米管镀镍后,镍使界面处镁、碳的格位能大幅降低,界面稳定性增强. 关键词： 复合材料 纳米管 电子结构 界面     

银纳米粒子/碳纳米管阵列SERS基底增强因子分析和实验

为了直观、准确地定量分析表面拉曼增强散射基底结构的拉曼增强,利用磁控溅射和高温退火的方法制备了银纳米粒子修饰垂直排列的碳纳米管阵列三维复合结构样品;实验采用罗丹明6G(R6G)溶剂作为探针分子,结合共聚焦显微拉曼系统,开展了表面增强拉曼增强因子(EF)分析计算的相关实验。SEM结果表明：在有序碳纳米管阵列的表面和外壁均匀地负载了大量银纳米粒子。对退火温度为450 ℃,退火时间为30 min的样品进行了EF计算,得到其增强因子约为2.2×103,并分析了EF值低的原因主要是：在碳纳米管上溅射的银膜膜厚不均匀,导致退火后银颗粒分布不均,使得样品粗糙度值偏大,EF值较低;实验中所用的激励光源并非银纳米颗粒的优化光源。     

Reactor scale modeling of multi-walled carbon nanotube growth

As the mechanisms of carbon nanotube (CNT) growth becomes known, it becomes important to understand how to implement this knowledge into reactor scale models to optimize CNT growth. In past work, we have reported fundamental mechanisms and competing deposition regimes that dictate single wall carbon nanotube growth. In this study, we will further explore the growth of carbon nanotubes with multiple walls. A tube flow chemical vapor deposition reactor is simulated using the commercial software package COMSOL, and considered the growth of single- and multi-walled carbon nanotubes. It was found that the limiting reaction processes for multi-walled carbon nanotubes change at different temperatures than the single walled carbon nanotubes and it was shown that the reactions directly governing CNT growth are a limiting process over certain parameters. This work shows that the optimum conditions for CNT growth are dependent on temperature, chemical concentration, and the number of nanotube walls. Optimal reactor conditions have been identified as defined by (1) a critical inlet methane concentration that results in hydrogen abstraction limited versus hydrocarbon adsorption limited reaction kinetic regime, and (2) activation energy of reaction for a given reactor temperature and inlet methane concentration. Successful optimization of a CNT growth processes requires taking all of those variables into account.     

碳纳米管/膨润土复合膜的附着性能及场发射性能

碳纳米管(CNT)阴极膜与基底的附着性能严重影响场发射的均匀性和稳定性.提出一种制作CNT/膨润土(BP)复合膜的方法.通过添加纳米尺度BP作为填料,使BP与CNT间产生插层效应,进而减小CNT膜的间隙势牟,改善CNT与基底间的接触性能.测试结果显示,CNT/BP复合膜与基底的附着性能得到明显改善,并且使场发射均匀性和...     

Realization, characterization and functionalization of lipidic wrapped carbon nanotubes

Mass-produced carbon nanotubes (CNTs) are strongly aggregated and highly hydrophobic, and processes to make them water soluble are required for biological applications. Both covalent and non-covalent strategies are pursued for obtaining stable, highly concentrated CNT aqueous dispersions. Covalent functionalization has the great disadvantage of producing an irreversible chemical modification of nanotubes, thus alterating their mechanical, chemical and electric properties. On the other hand, non-covalent functionalization is often obtained by employing surfactants that sensibly affect cell viability. Moreover, derivatization with biological moieties is often impossible through non-covalent CNT dispersion. This paper proposes a non-covalent dispersion of multi-wall CNT based on a lipidic mixture that can guarantee high concentration and high stability as well as high cytocompatibility. Moreover, CNTs wrapped with a lipid membrane are realized to demonstrate that the proposed CNTs can be functionalised with a dodecapeptide that specifically recognizes activated platelets without chemical modification of the nanotube itself.     

Improved emission uniformity and stability of printed carbon nanotubes in electrolyte

In this paper, we studied the effect of NaCl electrolyte as a surface treatment on improving the uniformity and stability of field emission of screen-printed carbon nanotubes (CNTs). A short period of the electrolyte treatment of CNT films remarkably increase emission uniformity and stability. Furthermore, the field emission characteristics of screen-printed carbon nanotubes (CNTs) such as low turn-on field, high emission current density and strong adhesion of the CNT film on the substrate were also reinforced after post-treated. SEM, TEM and Raman spectrum study revealed that uniformity and stability of field emission is enhanced by two factors. Firstly, the electrolyte treatment appeared to render the CNT surfaces more actively by exposing more CNTs form the CNT paste, which dominates initial uniformity and stability of field emission. Secondly, the number of opened CNTs and defects CNTs of CNT film were increased by electrical current energy.     

Dynamic operation of liquid crystal cell with inherently nanogroove-featured aligned carbon nanotube sheets

The use of a highly aligned carbon nanotube (CNT) sheet as a multifunctional constituent for liquid crystal (LC) displays and electro-optic LC applications is assessed. The CNT sheet can perform a dual function: one is an alignment layer for LCs, replacing the commonly used rubbed polyimide film, and the other is a transparent conductive layer, taking the place of indium tin oxide. The hydrophobic treatment improved the adhesion quality between aligned CNT bundles and the glass substrate, which helps to preserve the inherently aligned nanogroove morphology of transparent CNT sheets. The test LC display cells, comprising 4-cyano-4′-pentylbiphenyl molecules sandwiched between CNT-sheet-on-glass substrates, demonstrate the operation characteristics comparable to that of the conventional cell under temperature variation and ac electric field of 1?kHz. The results offer a possibility of deploying multifunctional CNT-sheet alignment layers in LC-based devices, especially in the future flexible display applications.     

Hexagonal silicon nanotube confined inside a carbon nanotube: A first-principles study

We studied the stability, geometrical structures and electronic energy band of hexagonal silicon nanotube (SiNT) confined inside carbon nanotubes based on first-principle calculations. The results show that the encapsulating process of SiNT is exothermic in (9,9) carbon nanotube while endothermic in (8,8) and (7,7) carbon nanotubes. When the SiNT is inserted into (9,9) carbon nanotube, the insertion energy is about 0.09 eV. Energy band of SiNT@(9,9) nanotube is not distorted greatly compared with the superposition of bands of isolated SiNT and (9,9) carbon nanotube. Especially, a parabolic band occurs near the Fermi level of energy band in SiNT@(7,7) nanotube. Such a band could be a nearly free electronic state originating from carbon nanotube. Moreover, we discuss the variation of total energy as the SiNT rotates around its axis inside carbon nanotubes.