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碳纳米纤维(Carbon Nanofibers)的直径在10nm~500nm范围,长度为0.5μm~100μm,其直径是介于碳纳米管和碳纤维之间的准一维碳材料。碳纳米纤维除了具有碳纤微的低密度、高比模量、高比强度、高导电、热稳定性等特性,还具有长径比大、缺陷数量少、结构致密、比表面积大等优点。由于碳纳米纤维的高性价比优势,世界各国都正将其开发为高强度、高性能的新材料,有望被广泛用于交通、航空航天、医疗、能源存储等各大领域。 大规模应用碳纳米纤维需要把碳纳米纤维制备成各种宏观的功能材料或复合材料。而目前用的最多的就是把碳纳米纤维制备成纸张的形式。 把碳纳米纤维制备成纸张,相比于一般的造纸工艺来讲,具有两大挑战。第一个挑战:碳纳米纤维的长度在100微米范围内,因此一般的造纸工艺很难有效地收集碳纳米纤维然后制备成纸张;第二个挑战,碳纳米纤维之间有很强的范德瓦尔斯力,加之碳纳米纤维的碳-碳键以非极性共价键相连接,导致碳纤维表面活性基团少,不容易被水润湿,因此在水中易絮聚,分散性能差,很难制备成力学性质均匀的碳纳米纸。因此提高碳纳米纤维在水溶液中的分散性对碳纳米纤维纸的制造非常重要。而提高碳纳米纤维在水溶液中的分散,一种方法就是让碳纳米纤维吸附极性分子,让碳纳米纤维带上相同的电荷,然后利用静电相互作用,同性相斥的原理,再利用外力的作用,比如超声,使碳纳米纤维能够均匀地分散开。 本学位论文主要研究表面活性剂对水溶液碳纳米纤维的分散作用。本文首先研究了不同极性分子表面活性剂(十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八醇等)对碳纳米纤维分散性的影响;并探索了不同表面改性、PH值等对碳纳米纤维在水溶液中分散性能的影响。本论文结合光学分析的方法,利用紫外可见分光光度计测试碳纳米纤维水溶液的光谱吸收,并分析了碳纳米纤维溶液的稳定性;再通过在碳纳米纤维溶液中加入不同表面活性剂后,测试溶液Zeta电位的变化,来进一步表征碳纳米纤维的分散性。光谱吸收测试和Zeta电位测试结果都表明表面活性剂能有效地促进碳纳米纤维的分散性。 本论文还通过Zeta电位的测试,计算出碳纳米纤维吸附的表面活性剂的分子数,以及所对应的双电荷层的面电荷密度。