碳纳米材料的表面修饰共30页文档
碳纳米管表面处理方法
碳纳米管表面处理方法碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种具有管状结构的纳米材料，具有很高的比表面积、优异的导电性和力学性能，因此在各个领域有着广泛的应用前景。
然而，碳纳米管的应用受到了其表面的独特结构和性质的限制，表面的氧化物团簇、导电性的不稳定性以及与其他物质的相互作用等都会影响其性能的表现。
因此，为了完善碳纳米管的性能，提高其应用价值，需要对其表面进行处理。
以下将介绍几种常见的碳纳米管表面处理方法。
1.助剂表面吸附法助剂表面吸附法是一种简单有效的碳纳米管表面处理方法。
通过将助剂分散在溶液中，碳纳米管与助剂之间会发生吸附作用，形成覆盖在碳纳米管表面的薄膜。
常用的助剂包括聚合物、离子液体、金属络合物等。
这些助剂可以降低碳纳米管表面的活化能，增强其与其他物质之间的相互作用，改善碳纳米管的分散性和稳定性。
2.酸、碱氧化法酸、碱氧化法是一种常见的碳纳米管表面处理方法。
通过将碳纳米管浸泡在酸、碱溶液中，碳纳米管表面的杂质和氧化物可以被去除或转化为可溶性物质，从而改善碳纳米管的纯净度和结构稳定性。
酸、碱氧化法可以在一定程度上改善碳纳米管的分散性和可加工性，并提升其与其他物质的相互作用能力。
3.热处理法热处理法是一种常见的碳纳米管表面处理方法，通过高温处理碳纳米管，可以去除表面的有机杂质，增强碳纳米管的晶格结构，并改善其导电性能。
热处理法常用的温度范围为500-1000摄氏度，处理时间一般为1-2小时。
然而，需要注意的是，高温处理过程中碳纳米管易发生失序、析碳等现象，因此需要控制好处理条件，以避免对碳纳米管结构和性能的不利影响。
4.功能化修饰法功能化修饰法是一种常见的碳纳米管表面处理方法，通过在碳纳米管表面引入功能基团，改变其化学性质和物理性能，进而实现针对性的应用。
常用的功能化修饰方法包括化学氧化、醇酰化、腈化等。
功能化修饰可以改善碳纳米管的分散性和亲水性，增强其与其他物质的相互作用，拓宽其应用范围。
多壁碳纳米管掺溴及表面高分子修饰的研究
Ｅａ ｔＣｈ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｅ ｓ ｔ ，Ｓｈ ｎ ａ ０ ０ ２， ｓ ｉ ａ Ｎ ｒ ｌ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｙ ａ ｇｈ ｉ２ ０ ６ Ｃｈｉ ａ） ｎ
ｅｅ ｔｉ ａ ｏ ｄ ｃ ｉ ｉｙ ｏ － Ｗ ＮＴｓ ｄ ｄ ｎ ｔｄ ｃ ｅ ｓ ． ｌｃ ｒｃ ｌ ｎ ｕ ｔｖｔ ｆＢｒ Ｍ ｃ ｉ ｏ ｅ ｒ ａ ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ： Ｍ Ｗ ＮＴ ｓ；ｅｅｃｒｃ ｌｃ ｄｕｃ ｉｉｙ； ｐ ｙｓ ｙ ｅ ｅ； ｄ ｓ ｒ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ｌ ｔ ｉａ ｏｎ ｔｖ ｔ ｏｌ ｔ ｒ ｎ ｉｐｅ ｓｏｎ
ｍ ｄ ｉ ｔｎｏ ｐｌ ｔｒ ｅｍ ｒｖｄｔｅ ｉ ｅ ｉ ｆ ｒ ｏｉｃ ｉ ｆ ｏ ｓ ｅ ｐｏｅ ｓ ｒ ｏ ｏ Ｂ－ ｆａ ｏ ｙ ｙ ｎ ｉ ｈ ｄ ｐ ｓ ｎ ＭＷＮ ｓｎｐｌ ｅ ｍ ｔｘｗ ｉ ｅ Ｔ ｏ ｍ ｒ ａ ｉ ｈｅ ｈ ｉ ｙ ｒ ｌｔ
文 章 编 号 ：０ ０５ ４ （ ０ ８ ０ —０ ４０ １ ０ －６ １２ ０ ） ５０ ８ —６
多壁 碳 纳 米 管掺 溴及 表 面 高 分 子 修 饰 的研 究
唐国强， 梁 旦， 韩菲菲， 王红敏 ， 晋圣松， 徐学诚
（ 东 师 范 大 学 物 理 系 纳 米 功 能 材 料 与 器 件 研 究 中心 ， 海 华 上 ２０６） ０ ０ ２
摘 要 ：用 溴作 为 掺 杂 剂 ， 过 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ壁 碳 纳 米 管 （ 通 ＭＷＮＴｓｍｕｔ ｗ ｌｄｎ ｎ ｔｂ ｓ 吸 附 溴 提 高 其 电 ， ｌ— ａｌ ａ ｏｕ ｅ ） ｉ ｅ
Fenton／UV法对碳纳米管表面修饰的研究
＋ＨＯ ・ Ｈ一 ＋Ｏ
＋ＨＯ ＋日 ０・
（ １ ）
（ ２ ）
以前研究表明 ，Ｆｎ ｎ Ｖ （ ｅｔ ／ ｏ Ｕ 紫外线１法相对
其他 Ｆｎｏ试剂 法 ，能够 更 有效 地 在 Ｃ Ｔ 表 面 引 ｅｔｎ Ｎｓ
有很强的水解一 聚合一 沉淀趋势［ ９ １ ，即由 自由离子 态或单核羟基络合物逐步水饵成低级聚合态与高
常稳定 ，不溶于水和有机溶剂 ，且在溶液 中易聚 集成束 ，妨碍了对其进行分子水 平研究及操作 ， 限制了Ｃ Ｔ在各方 面的应用 。为了提高 Ｃ Ｔ 的 Ｎｓ Ｎｓ 分散能力 ，增加其与基体 的界面结合力 ，对其进 行修饰就成 为Ｃ Ｔ走 向实际应用 的一个 关键 问 Ｎｓ
题。
１ ９
Ａｂｔａｔ Ａ ｎ ｖｌ ｔｏ — ｅ ｔ ／ Ｖ， ａ ｓｄｔ ｍ ｄｆ ａ ａｂ ｎｎ ｎ ｔｂ ｓ Ｃ Ｔ ）Ｔ ｅｅｆｃ ｆ ｓｒ ｃ： ｏｅ ｍｅ ｄ Ｆ ｎｏ Ｕ ｗ ｓ ｅ ｏ ｉｃｔ ｃ ｒｏ ａ ｏ ｅ （ Ｎ ｓ． ｈ ｆ ｔ ｏ ｈ ｎ ｕ ｏ ｉ ｅ ｕ ｅｓ
图３ 中的 曲线ａ ｂ 经过 Ｆｎ ｎ Ｖ （ 中 和 是 ｅｔ ／ ｏＵ 其 Ｆｎ ｎ ￣ｐ 值分别为 １ ）处理后 的Ｃ Ｔ 红 ｅｔ 试 ｆ Ｈ ｏ １ ］ 和５ Ｎｓ
生反应 （ 反应式 （ ） ２ ，利 于Ｆ Ｆ ） ｅ／ｅ之间的转换 ， ＋ 可 以充分发挥 Ｆ Ｆ， ｅ ／ｅ 的类似于催 化剂 的作用 ， ＋
因此几乎没有Ｆ。 ｅ 的络合物依 附表面 。离心过滤
后得 到 的Ｃ Ｔ较 为纯净 。 Ｎｓ 图２ ｅ 和Ｈ２。 同配 比处 理后 Ｃ Ｔ 的红外 是Ｆ ０不 Ｎｓ
Ｙ ＮＱａ ｇ Ｉ ａ— ｕ Ｉ ｉｎ ，Ｘ ＮＪ ｎ ｈ ａ ｉ
碳纳米管的结构_制备及修饰
●自Iijima [1]首次用高分辨透射电镜发现碳纳米管(CNTs)后,碳纳米管及其相关材料以其独特的性质、新颖的结构及许多潜在的应用前景引起了人们极大的兴趣和关注,而用纳米材料来修饰和填充碳纳米管成为人们研究的热点之一[2-4]。
探索碳纳米管的物理、化学性能及其在各个领域中的应用也成为众多科研工作者研究的目标。
碳纳米管的结构比较特殊是由类似于石墨的六边形网络所组成的管状物,独特的纳米中空结构、封闭的拓扑构型及不同的螺旋结构等使其具有大量特殊的优异性能,如导电性好，耐热，机械强度比较高，耐腐蚀，有自润滑性和生物相容性等。
这些优异特性使得碳纳米管在复合材料、储氢材料、催化剂材料等方面有着巨大的应用潜力。
纳米中空结构使得它有可能作为一种纳米反应器[5]。
作为碳家族的新成员,它有合适的孔径分布,便于金属组分更好地分散[6]。
它独特而又稳定的结构及形貌,尤其是表面性质,能依据人们的需要进行不同方法的修饰,使其适合作为新型催化剂载体[7-8]。
1碳纳米管的性质1.1碳纳米管的结构碳纳米管可分为单壁碳纳米管（SWNTs ）和多璧碳纳米管（MWNTs ）。
碳纳米管可看作是由石墨烯层片卷成、直径为纳米尺度的圆桶,其两端由富勒烯半球封帽而成。
多壁碳纳米管则是由若干个单层管同心套迭而成的，石墨碳原子中的4个价电子只有3个成键,形成六边形的平面网状结构。
这种排列使石墨中的每个碳原子有一个未成对电子,这个未成对电子围绕着这个碳环平面高速运转,因而使石墨具有较好的导电性，碳纳米管中存在大量的六边形结构，当六边形往外逐渐延伸成为五边形时，会造成碳纳米管突出；而形成七边形时碳纳米管则凹进。
这样就形成了碳纳米管独特的纳米中空结构、封闭的拓扑构型及不同的螺旋结构。
而碳纳米管也由于如此的特殊结构具有了一系列卓越的性质。
1.2碳纳米管的制备电弧法制备碳管的基本原理是在两个相距很近的石墨电极间加上高电压以至放电，放电电弧产生的高温使得阳极石墨棒上的碳物质迅速蒸发，随后蒸发物质中的碳原子以团簇为单元组成多种碳物质形态，沉积于阴极和反应腔壁上，碳纳米管是其中的沉积产物之一。
碳纳米管的修饰方法
碳纳米管的修饰方法
碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种有机碳材料，具有
独特的力学性质，具有良好的抗化学腐蚀能力，良好的电磁屏蔽性能，高强度和高导电性等优点。
经过修饰，可以改变它的化学结构，获得
更高的特性，使其能够更好地应用于各种不同领域。
碳纳米管的修饰主要有两种方法：化学修饰和物理修饰。
化学修饰是通过对碳纳米管表面进行化学反应来实现修饰。
例如，氯化钙可以用来修饰碳纳米管表面，以改善它的热稳定性和力学性能。
因此，通过化学反应可以改变碳纳米管的表面结构，以适应不同的应
用环境。
物理修饰是通过非化学方式对碳纳米管表面进行修饰，以改善其
电学性能和表面结构。
例如，利用激光和电子束的热效应可以对碳纳
米管表面进行处理，以改善其表面性能。
此外，也可以通过外加压力、表面氧化或电子束束来修饰碳纳米管，以改进其电子结构。
碳纳米管的修饰可以改善它的表面性能，使其能够更好地应用于
各种不同领域，如工业粉体材料、电子器件和功能材料等。
碳纳米管
的修饰是一个复杂的过程，需要综合考虑化学、物理和力学等因素，
以确保修饰后碳纳米管表面具有合理的性能。
碳纳米管表征
碳纳米管材料的结构形态表征摘要碳纳米管(CNTs)不仅具有独特的一维管状纳米结构，同时也是迄今为止发现的唯一同时具备超高机械力学性能、热性能和电性能的先进材料。
本文首先总结了碳纳米管的结构特点，接着对X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对碳纳米管结构形态的表征作了简要的阐述。
关键词碳纳米管结构形貌XRD SEM TEM1前言碳纳米管，又名巴基管，主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管组成，是1991年由日本电镜学家饭岛发现的。
一经发现，便在各个领域掀起了碳纳米管的研究热潮，研究的内容包括：碳纳米管的制备、性能及应用。
通过研究人们发现气相沉积法可以大规模地合成碳纳米管，使得碳纳米管的成本得到有效的降低，这也为碳纳米管的应用提供了坚实的基础。
碳纳米管(CNTs)不仅具有独特的一维管状纳米结构，同时也是迄今为止发现的唯一同时具备超高机械力学性能、热性能和电性能的先进材料。
作为一种高性能的纳米材料，碳纳米管在材料科学、传感技术和生物医学等方面具有广泛的应用前景，如作为工程材料的增强相、制作各种分子器件仞、生物、化学传感器、分子探针阎以及作为储氢、储能材料等。
但是由于CNTs之间强烈的范德华力存在以及CNTs大的长径比以及它的单空位缺陷，使得CNTs往往集结成束，而且由于CNTs本身所具有的难溶性和难处理性，使用完整的CNTs来构筑先进的器件仍然是一个难题。
近年来，越来越多的科研人员开始从事碳纳米管的功能化的相关工作，研究探讨碳纳米管的表征就显得相当重要。
2碳纳米管的结构及其XRD表征2.1碳纳米管的原子结构碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，可看作是由片层结构的石墨卷成的无缝中空的纳米级同轴圆柱体，两端由半个富勒烯分子封项。
根据碳纳米管管壁的层数，碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，单壁碳纳米管可看成是由单层片状石墨卷曲而成的圆柱结构，而多壁碳纳米管可理解为多个不同直径的单壁碳纳米管相互嵌套而成，各管壁间间距约0.34 nm。
多壁碳纳米管的有机修饰与表征
多壁碳纳米管的有机修饰与表征刘道辉;吕兆萍;窦国庆;王海洋;王瑞海【摘要】In order to increase the multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) surface reaction properties, the organic diamine functionalized MWCNTs was obtained by treated MWCNTS with H2SO4 and HNO3 reluxed with SOC12 and synthesized 3,6 diamino-N-ethylcarbazole. FTIR was used to characterize their chemical structure. The IR results indicated that there were absorption peak in the 1617 and 1673cm-1, diamine are grafted on the MWCNTs and the dispersion of MWNTs in DMF is enhanced. MWCNTs still have electrical conductivity at room temperature of 67.8S-cm-1%为了增加多壁碳纳米管(MWCNTs)表面活性,通过浓H2SO4和浓HNO3处理过的MWCNTs与SOCl2回流进而与合成的N-乙基-3,6-二氨基咔唑反应,得到了有机修饰的MWCNTs.用傅立叶变换红外(FTIR)光谱对有机修饰的MWCNTs结构进行研究.研究结果结构表明:有机修饰的MWCNTs红外光谱在1617和1673cm-1处出现了吸收峰,在多壁碳纳米管上引入了胺基,增强了碳纳米管在DMF中的分散性,室温下有机修饰的MWCNTs仍具67.8S·cm-1的电导率.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2011(000)011【总页数】4页(P13-16)【关键词】多壁碳纳米管;N-乙基-3,6-二氨基咔唑;有机修饰;分散性;电导率【作者】刘道辉;吕兆萍;窦国庆;王海洋;王瑞海【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211000;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211000;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211000;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211000;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211000【正文语种】中文【中图分类】TB383多壁碳纳米管含有多层石墨烯片，形状像个同轴电缆。
第11 章碳纳米材料及其高分子修饰-课件
预言，碳纳米管具有超常的强度、热导率、磁阻，且性质会随结构的变化而变化，可
由绝缘体转变为半导体、由半导体变为金属；具有金属导电性的碳纳米管通过的磁通 量是量子化的，表现出阿哈诺夫-波姆效应(A-B效应）。
Introduction 碳纳米管的发现
1985年，美国莱斯大学的Smalley和英国苏塞克斯
• 良好的热学性能 –一维管具有非常大的长径比，因而大量热是沿着长度方向传递的，通过 合适的取向，这种管子可以合成高各向异性材料。另外，碳纳米管有着 较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的 热导率将会可能得到很大的改善 。 • 优良的储氢性能. –碳纳米管的中空结构，以及较石墨(0.335nm)略大的层间距(0.343nm)， 是具有更加优良的储氢性能，也成为科学家关注的焦点。清华大学吴德 海教授所领导的碳纳米材料研究小组，近日发现将碳纳米管制成电极， 进行恒流充放电电化学实验，结果表明,混铜粉定向多壁碳纳米管电极 的储氢量是石墨电极的10倍, 是非定向多壁碳纳米管电极的13倍, 比电 容量高1625mAh/g,单位体积储氢密度为39.8kg/m3,具有优异的电化学储 氢性能。
以及单壁纳米碳管束之
间 的孔隙 ，使 具有极 佳 的 储氢能 力 ， 据推测 单
壁纳米碳管的储氢量可
达10％（重量比）
美国通用汽车公司液氢为能源的燃料电池 概念车－氢动一号
27
场发射装置
1999年汉城三星高等技术研究所（SAIT）的研究人员将碳纳米管以
薄膜方式分散在电子控制器件上，再在膜表面安置涂有磷光粉的玻璃，成 功制作了彩色场射平板显示器。
28
超级电容器
比表面积大（250-3000m2/g)
碳纳米管电容量可到每克 15-200F ，目前
新型碳材料—碳纳米管及石墨烯的制备、修饰与初步应用研究
四、展望与建议
3、强化知识产权保护：鼓励创新和知识产权保护，为研究者提供良好的创新 环境。加强知识产权保护意识和措施，推动科技成果转化和应用。
四、展望与建议
4、政策引导和支持：政府可以通过制定相关政策、提供资金支持等方式引导 和支持碳材料产业的发展。
参考内容
引言
引言
随着科技的不断进步，新型材料的研发和应用越来越受到人们的。其中，表 面修饰炭黑、碳纳米管和石墨烯作为三种典型的纳米材料，具有独特性质和广泛 的应用前景。本次演示将详细介绍这三种材料的制备方法、性能特点以及目前的 研究进展。
2、石墨烯的制备
2、石墨烯的制备
石墨烯的制备方法主要包括剥离法、还原氧化石墨烯法、有机合成法等。其 中，剥离法是最常用的制备方法，通过将天然石墨逐层剥离得到单层或多层石墨 烯。还原氧化石墨烯法则通过将氧化石墨烯还原为石墨烯来制备。有机合成法可 以合成特定结构和功能化石墨烯，但成本较高。
3、碳纳米管和石墨烯的修饰
新型碳材料—碳纳米管及石墨 烯的制备、修饰与初步应用研
究
目录
01 一、碳纳米管和石墨 烯的定义与特点
02 二、碳纳米管和石墨 烯的制备与修饰方法
03
三、碳纳米管和石墨 烯的应用领域
04 四、展望与建议
05 参考内容
内容摘要
随着科技的快速发展，新型碳材料碳纳米管和石墨烯因其独特的结构和性能 在材料科学、能源、生物医学等领域引起了广泛。本次演示将详细探讨这两种碳 材料的制备、修饰方法及其在各个领域的应用。
四、展望与建议
2、纯度和稳定性：提高碳材料的纯度和稳定性是拓展其应用领域的重要前提。 需要加强质量控制和技术创新，以满足不同领域对材料性能的需求。
四、展望与建议
聚酰亚胺-碳纳米材料修饰电极的制备及其在光电催化和传感器中的应用
聚酰亚胺-碳纳米材料修饰电极的制备及其在光电催化和传感器中的应用聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极的制备及其在光电催化和传感器中的应用引言近年来，光电催化和传感器技术在环境监测、能源转化等领域得到了广泛应用。
其中，聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极由于其具备高导电性、良好的化学稳定性和优异的光电催化性能而备受关注。
本文将介绍聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极的制备方法及其在光电催化和传感器中的应用。
一、聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极的制备方法聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极的制备方法多种多样，下面我们将介绍其中的几种常用方法。
1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备碳纳米材料修饰电极的方法。
首先，在底物表面沉积一层金属催化剂，如铁、钴等。
然后，在高温下将碳源物质如甲烷引入反应室中，通过热解反应生成碳纳米材料。
最后，将得到的碳纳米材料沉积在电极表面，形成聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极。
2. 化学还原法化学还原法是一种简单有效的制备聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极的方法。
首先，将聚酰亚胺溶液与碳纳米材料混合，并在外加热源的作用下进行混合反应。
然后，通过化学还原剂的还原作用，将聚酰亚胺和碳纳米材料还原成聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极。
3. 电化学沉积法电化学沉积法是一种对金属电极表面进行修饰的常用方法。
通过在电化学沉积过程中添加特定的聚酰亚胺和碳纳米材料前驱物，可以实现对电极表面的修饰。
该方法具备操作简单、可控性好的优点，一直受到研究者的关注。
二、聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极在光电催化方面的应用聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极在光电催化方面的应用主要体现在太阳能电池、光电分解水和光催化还原等方面。
1. 太阳能电池聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极可以用于太阳能电池的构建，通过聚酰亚胺和碳纳米材料的修饰，可以提高电极的导电性，增强电子传输速率，并有效减少电极与电解质间的接触电阻。
因此，在太阳能电池中，聚酰亚胺/碳纳米材料修饰电极可以提高光电转换效率，提升太阳能的利用率。
碳纳米材料的表面烷基化修饰
的 波 形 也 能 计算 求 得 合成 器输 出频 率 与 理
论 分 析 的 结 果 一致 。
Ｍａ ｘ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ｉ ｚ ｅ ： 仿真 最大 步长 ， 这 里设
置为０ ． ４ ／ （ ｎ Ｆ ｒ １ 。
显然 ， 以 上 两 个 仿 真 参 数 决 定 于 合 成 器中各部件 的参数 。 由 于 合 成 器 参 考 输 入
３ 结语
基 于 ＭＡ ＴＬ ＡＢ 的 小 数分 频 频 率 合成 器
（ 上接 ３页 ）
料， 进 而 提 高 碳 纳 米 材 料 与 聚 合物 基 体 之
米 复 合 材 料 的结 构 与 性 能 颇 为有 益 。
４３： ６ ７ｌ ６—６７ ２３．
我 们 在 高 密度 聚 乙烯 （ ＨＤＰ Ｅ ） 和 碳 纳米
的Ｓ ｉ ｎ ｋ ｓ 库 中的Ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ 模块 实 现 。 在 模 型还 调
用 一 个 子 系统 用 于测 量 合 成 器 输 出 信 号 的 频率， 并 在 数 字 显 示 模块 中 显 示 出 合 成 器 的输 出 频 率 。
的 一个 周 期 中至少 采 样 ２ ． ５ 个点。 从 而 保 证 何 更合 理 地 选 择 各 个 器 件和 设 置 各 项 相 关
小 数 分 频 频 率 合 成 器 其 中ｍ＜１ 。 则 以 上 两 个 参 数 决 定 了仿 换 频 率 之 间 的 矛盾 。
在 实现 相 同 的 分 辨率 的情 况 下 可 以 有 更 高
的鉴相频率 ， 当然 ， 在具体实际应 用中 ， 如
信号的波形 。 ３ 个 示 波 器都 直 接 用Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ
了仿真的精 度。 ２ ． ３ 仿真 结果分析 首 先 在ＭＡＴ Ｌ ＡＢ 命 令 窗 口中设 置环 路 参考 文献 参数 为 ： ｎ ＝１ ０ ， ｍ＝０ ． ３ ，
碳纳米管的表面功能化修饰机理及方法研究
碳纳米管的表面功能化修饰机理及方法研究马宇良;方雪;苏桂明;姜海健;陈明月;宋美慧;张晓臣【摘要】As a new kind of one-dimensional nano-materials, carbon nanotubes(CNTs) has excellent proper-ties. But CNTs intrinsically tend to bundle or aggregate. The preparation of effective dispersions of CNTs presents a major impediment to the extension and utilization of CNTs. The techniques of surface modifications play a key role in the practical application of CNTs. In this paper, we introduce several kinds of surface modifications for the ef-fective dispersion of CNTs, mechanical surface modifications, covalent surface modifications and non-covalent surface modifications. Connect with the current progress on the surface modification of CNTs, we try to explore the mechanism and techniques for the CNTs.%碳纳米管作为一种一维纳米材料具有优异的性能，但是由于自身结构导致的不溶性，以及易于团聚和缺乏表面功能基团等实际问题，限制了其应用范围，因此，碳纳米管功能化修饰是碳纳米管应用研究的重点领域，本文介绍了碳纳米管表面功能化的几种主要方法：机械分散功能化、共价功能化、非公价功能化等，结合国内外研究进展，对碳纳米管功能化修饰的机理及方法进行综述。
碳纳米管的表面修饰及其应用
碳纳米管的表面修饰及其应用碳纳米管(CNTs)的发现是继C60之后碳家族中出现的又一新成员，其独特的结构、奇异的性能和潜在的应用价值，引起了科学家们极大的兴趣，自20世纪90年代初由日本学者Iijima[1]发现以来，十多年来一只是世界科学研究的热点之一。
CNTs是由单层或多层类石墨的六边形网络卷绕而成的、同轴的中空的无缝纳米级管，一般管的两端有端帽封口。
CNTs的管身是准圆管结构，由六边形碳环结构单元组成, 端帽部分为含五边形和六边形的碳环组成的多边形结构。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料。
CNTs可分为单壁碳纳米管(SCNTs)和多壁碳纳米管(WCNTs)，其直径一般为2～20nm，构成碳纳米管的层片之间的间距约为0.34nm。
1. 碳纳米管的性能1.1 碳纳米管的电学性能CNTs上的碳原子的P电子形成大范围的离域键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。
CNTs是由石墨演化而来的，仍有大量未成对电子沿着管壁游动，既具有金属导电性能，也具有半导体性能，这取决于其管径和管壁的螺旋角。
当管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。
Issi[2,3]等采用光刻技术在CNTs管束上沉积金，用两点法测出其在常温下(300K)的轴向电阻率为10~5Ωcm，并能通过大的电流密度(109~1010A/cm2)，约为铜的1000倍。
此外由于CNTs的独特分子结构，特别是螺旋状CNTs，将其做成吸波材料，具有比一般吸波材料高得多的吸收率，人们可利用其这一特性研究在军事隐形、储能、吸波等方面的应用。
1.2 碳纳米管的力学性能由于CNTs中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使CNTs具有高模量和高强度。
理论估计其杨氏模量高达5TPa，实验测得平均为1．8TPa，比一般的碳纤维高一个数量级，与金刚石的模量几乎相同，为已知的最高材料模量；弯曲强度为14.2GPa，所存应变能达100Kev，是最好微米级晶须的两倍；抗拉强度为钢的100倍，密度(约为1.2~2.1g/cm3)仅为钢的l/6~1/7。
碳纳米管表面铜和银纳米粒子的修饰
Abstract： Metal nanoparticles （ copper or silver） were loaded on the sidewall of MWCNTs by an in situ wet chemical synthesis approach via layer by layer non － covalent functionalization of MWCNTs with cetyltrimethyl ammonium bromide （ CTAB） and sodium polyacrylate （ PAA） ． The resultant of MWCNT / CTAB / PAA / M （ M = Cu，Ag） nanocomposites were characterized by XRD，SEM and TEM techniques． The results showed that the CNTs were well modified with the metal nanoparticles and the mean sizes of the particles were less than 5 nm．
2 结果与讨论
2． 1 Zeta 电势分析
图 1 为 MWCNT、MWCNT / CTAB 和 MWCNT / CTAB / PAA 的 Zeta 电势图。这三种材料分别分散在去离子水中，配成浓度为 0． 1 mg / mL 的均匀体系。酸处理过的 MWCNTs 的 Zeta 电位为 － 19． 3 mV，说明其表 面 带 有 一 定 的 负 电 荷。MWCNT / CTAB 的 Zeta 电位为 38． 3 mV，因为 CTAB 本身是带正电荷的表面活性剂， 可通过静电相互作用非共价地修饰到碳纳米管表面。MWCNT / CTAB / PAA 的Zeta电位为 － 35． 2 mV，这是由于 PAA 本身是带有 负电性的聚电解质，能够与修饰于 MWCNTs 上的 CTAB 发生静电 相互作用而形成 MWCNT / CTAB / PAA 自组装复合材料［11］。
纳米材料表面化学特性及改性
（2）表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原 子 不 同，存 在 许 多 不 饱 和 键，具 有 不 饱 和 性质，出现许多活性中心，极易与其他原子相结 合而趋于稳定，具有很高的化学活性。 （3）表面台阶和粗糙度增加，表面出现非化学平衡、 非整数配位的化学价。
1.1 表面吸附
• 纳米粒子表面有大量的活性原子存在，极易吸附 各种原子或分子。如在空气中，纳米粒子会吸附 大量的氧、水等气体。
吸附可分成两类： 1、物理吸附： 吸附剂与吸附相之间是以范 德瓦 耳斯力之类较弱的物理力结合 2、化学吸附： 吸附剂与吸附相之间是以化学键 强结合
吸附产生原因
纳米微粒由于有大的比表面和表面原子配位 不足，与相同材质的大块材料相比较，有 较强的吸附性。纳米粒子的吸附性与被吸 附物质的性质、溶剂的性质以及溶液的性 质有关。电解质和非电解质溶 液以及溶 液的PH值等都对纳米微粒的吸附产生强烈 的影响。不同种类的纳米微粒吸附性质也 有很大差别。
a、分散系中加入反絮凝剂形成双电层 反絮凝剂的选择可依纳米微粒的性质、带电类型 等来定。即：选择适当的电解质作分散剂，使纳 米粒子表面吸引异电离子形成双电层，通过双电 层之间库仑排斥作用使粒子之间发生团聚的引力 大大降低，实现纳米微粒分散的目的。例如，纳 米氧化物SiO2，Al2O3和TiO2等在水中的pH高低不 同(带正电或负电)，因此可选Na+，NH4+或Cl-， NO3-异电离子作反絮凝剂，使微粒表面形成双电 层，从而达到分散的目的。
（5）为纳米材料的自组装奠定基础 纳米粒子修饰后，颗粒表面形成一层有机包覆层，包覆层 的极性端吸附在颗粒的表面，非极性长链则指向溶剂，在 一定条件下，有机链的非极性端结合在一起，形成规则排 布的二维结构，如图所示。如经有机分子修饰的CdTe颗粒， 可自组装来制备发光纳米线。采用这种方式，还成功获得 了银、硫化银等的二维自组装结构的纳米材料。
多壁碳纳米管的表面修饰及其在溶剂中的分散性
第37卷第6期2009年6月化 工 新 型 材 料N EW CH EMICAL MA TERIAL S Vol 137No 16・61・基金项目:江西省自然科学基金(24064001)和江西省教育厅科技重点项目(20072126)资助作者简介:周小平(1983-),男,在读硕士研究生,主要研究方向:碳纳米管及其复合材料。
联系人:侯豪情。
多壁碳纳米管的表面修饰及其在溶剂中的分散性周小平 余腊妹 郭乔辉 周政平 侯豪情3(江西师范大学化学化工学院,南昌330022)摘 要 利用高温催化裂解生长多壁碳纳米管,用硝酸氧化使其表面羧酸化,并经酰氯化后与十二烷基胺反应形成表面酰胺化,通过红外、核磁、微量热天平等方法进行表征。
结果表明:硝酸氧化后的碳纳米管在水等强极性溶剂中有良好的分散性;酰胺化后,十二烷基脂肪链使碳纳米管表面极性大为降低,因此在氯仿等弱极性溶剂中有良好的分散性。
关键词 碳纳米管,表面修饰,分散性,十二烷基酰胺Surface modif ication of multiw alled carbon nanotubes andtheir dispersion in solventsZhou Xiaoping Yu Lamei Guo Qiaohui Zhou Zhengping Hou Haoqing(Instit ute of Chemist ry and Chemical Engineering ,Jiangxi Normal University ,Nanchang 330022)Abstract Multiwalled carbon nanotubes ,formed by catalysis pyrolysis ,were dealt with concentrated nitric acid toproduce the surface 2carboxylated carbon nanotubes.The later was treated with thionyl chloride and dodecyl amine to form the surface 2amidated carbon nanotubes.Characterized using IR 、NMR 、T GA.The carbon nanotubes ,treated with nitric acid had a good dispersion in strong 2polar solvent i.e.water due to the strong polarity on their surface ;The surface 2amid 2ated ,had a low polarity ,which made them a good dispersion in low 2polar solvent i.e.chloroform.K ey w ords carbon nanotube ,surface modification ,dispersion ,dodecyl amide 碳纳米管(CN Ts )自发现以来因其优良的力学、电学和热学性能受到广泛关注[1]。
碳纳米材料的表面修饰共32页文档
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7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
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9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
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谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
碳纳米材料的表面烷基化修饰
碳元素可以说是纳米世界最为神奇的元素:零维的富勒烯(C 60)、一维的碳纳米管(CNTs)和纳米碳纤维、二维的石墨烯、……种种特殊化学结构和巨大的比表面积,使碳纳米材料具有极高的强度和模量,成为最热门的增强材料。
每年都有很多新的关于碳纳米材料用于聚合物基复合材料的研究结果出现,但直至今日,聚合物/碳纳米复合材料的很多相关问题仍未充分认识和有效解决,总体上看复合材料的力学性能并没有预期的那么好。
人们正在致力于寻找充分发挥碳纳米材料性能、制备性能优异的复合材料的方法。
碳纳米材料的比表面积大,表面能高,使得它们很容易团聚而形成尺寸较大的团聚体,达到相对稳定的状态,这是一种热力学上的自发过程[1]。
无论碳纳米材料应用在哪个领域,形成团聚体都是不利的。
尤其对聚合物/碳纳米复合材料而言,碳纳米材料的团聚不但降低了有效添加量,增大碳纳米材料用量,造成不必要的浪费;而且这些团聚的碳纳米材料可能成为潜在的应力集中点,导致材料力学性能下降。
为了解决这些问题,必须对碳纳米材料进行适当的表面改性处理,使其能较好地应用到与聚合物的复合材料中去。
碳纳米材料表面改性的方法大致可分为二类,即共价和非共价功能化[2～4]。
前者是对碳纳米材料进行化学修饰,如通过氧化处理时产生的羧基进行酰胺化、酯化反应接上功能基团促进其分散;后者是利用表面活性剂、生物大分子及水溶性聚合物等包裹在碳纳米材料外壁以促进其分散。
各种改性方法都有其优缺点,任何一种方法都不能适用于所有领域,在实际应用中,应该针对不同的聚合物基体和材料用途,寻找最适合的处理方法,取长补短,这是一个非常具有挑战性的工作。
在聚合物/碳纳米复合材料研究领域,针对尼龙[5]、环氧树脂[6]、双马来酰亚胺[7]等含有强极性或“可反应”官能团的基体的研究十分热门,也取得了较大成就。
但是对于聚烯烃/碳纳米复合材料,由于聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃基体没有强极性或“可反应”的官能团,如何通过碳纳米材料的表面修饰提高碳纳米材料与基体间的相容性及碳纳米材料在基体中的分散性仍是两大难题,尚未得到很好的解决。
碳纳米材料的表面修饰
表2-1给出了经流变分析软件分析后，三种体系的 结构参数k和n值。
由表2-1可见，对于纯环氧树脂体系，其n值近 似等于I，表明其可近似看做牛顿流体，而其结构
MWNT-HPU/epoxy 复合材料。研究了超支化聚合
物修饰对MWNT-HPU/epxoy 复合材料力学，流变
学行为，导热及导电等性能的影响。
二、实验部分
1、HPU修饰MWNT的制备 (1)MWNT的酸化 将5g r-MWNT(多壁碳纳米管原料)分散于700ml浓硝酸 与浓硫酸的混合溶液（V/V=3：1）中，100℃回流6h，反 应完毕，待冷却至室温，将混合液倒入1.5L冰去离子水中， 然后采用纤维素酯膜真空抽滤。滤饼用去离子水反复洗涤， 抽滤，至滤液pH=7为止。随后将滤饼重新分散于300ml浓 盐酸中，100℃下回流12h，后用纤维素酯膜真空抽滤。滤 饼采用去离子水反复洗涤，后将产物置于真空干燥箱中， 100℃下真空干燥10h，得酸化碳纳米管o-MWNT。 (2)HPBU接枝MWNT
并且，如图2-14g所示(为图2-14f中白色方框区域的放 大图)，MWNT HPU埋入环氧树脂基体中，自由长度明显短于 r-MWNT，大部分MWNT HPU仅呈现斑点状裸露在断面处，基 本未见有因MWNT HPU被从基体中拔出而留下的孔洞，表明 MWNT HPU在外力作用时发生断裂，而不是被从断面处拔出。 这说明了碳纳米管表面接枝HPU后，提高了环氧树脂对碳纳 米管表面的润湿性，改善了两者之间的界面键合作用。值 得注意的是，MWNT HPU/epoxy的断裂面(图2-14c, f, g)十 分粗糙，而r-MWNT/epoxy断裂面(图2-14b, d, e)与环氧树 脂断面相比，没有非常明显的变化，仍显得比较光滑。这 证明了MWNT HPU的加入，在一定程度上使得复合材料在外 力作用下具有了较好的韧性。