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本文以制备和研究纳米复合材料为目的,以碳纳米管和可凝胶化聚合物为基础,成功的制备了几种纳米复合材料,并对其结构和性能进行了表征。具体的研究内容如下:
(1)通过无皂乳液聚合制备了单分散的聚苯乙烯(PS)微球,利用单分散微球的密堆积,通过微孔过滤的方法将碳纳米管固定到微球堆积的孔隙之中,在此过程中通过乙醇淋洗将分散碳纳米管的表面活性剂除去;碳纳米管之间相互连接形成网络结构,在将PS在160℃热压融合之后获得了具有网络结构的碳纳米管聚合物复合材料,并对这种材料的电学性能和力学性能进行了研究。研究表明,这种材料具有较低的导电渗逾浓度,同时在碳纳米管掺杂浓度较低的条件下即可使材料的模量提高约50%。
(2)利用单分散PS微球和碳纳米管之间的相互作用力,碳纳米管可以在水流方向上取向排列。研究表明,两种不同粒径的微球均可使碳纳米管在微观上取向;通过调整碳纳米管溶液的浓度,在PS微球表面获得了不同密度的取向碳纳米管,这种含有取向碳纳米管的薄膜具有良好的导电性,将PS微球除去后可以获得具有取向结构的碳纳米管薄膜。
(3)通过ATRP法合成了γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷(TEPM)和甲基丙烯酸1-芘甲酯的共聚物P(TEPM-co-PyMA),其中的芘单元可以通过π-π相互作用在不破坏碳纳米管结构的前提下实现对碳纳米管的修饰。研究表明,这种聚合物能在多种有机溶剂中分散碳纳米管;而含有硅氧烷的TEPM单元则可以在溶液中和不同的无机源进行溶胶-凝胶反应,通过调整无机源的种类,成功的制备了SiO2,TiO2,Al2O3包裹的SWNTS。
(4)通过ATRP方法合成了嵌段共聚物PEO-b-P(TEPM-co-PyMA),由于π-π相互作用这种聚合物能够有效的分散碳纳米管,同时PEO链段的引入使得这种分散能够转移到水相中,对PTEPM段进行交联之后可以获得表面包裹有聚倍半硅氧烷和PEO的SWNTs;在交联过程中可以引入具有功能性基团的硅烷偶联剂进行反应,这样可以不破坏碳纳米管结构在表面修饰上不同的官能团,研究表明这些官能团能够进行进一步的修饰。
(5)研究了PEO-b-PTEPM在本体中的自组装,并对这种嵌段聚合物与小分子的共组装进行了考察。利用片层状样品和含巯基小分子MMS的本体共组装并交联固定,分散后可以获得表面为PEO链段的功能性纳米片,其中片层上巯基的存在使得这种纳米片可以作为金属纳米颗粒的载体。利用这一性质,成功地实现了在水溶液中对金纳米颗粒的富集。
(6)利用具有垂直结构的9,9’-螺芴作为结构单元,通过Click、Sonogashira以及Suzuki反应合成了几种具有扭曲结构的聚合物,并对这些聚合物的基本性质进行了表征和研究。