聚吡咯/多壁碳纳米管复合材料的制备与性能研究

以吡咯为单体、三氯化铁为氧化剂,采用反相微乳液聚合法,分别在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中和含有多壁碳纳米管(MWCNTs)的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中,通过化学氧化法制得了聚吡咯纳米颗粒和聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)导电复合材料。利用SEM、TEM、FT-IR、XRD和四探针电导率仪对复合材料进行了表征。结果表明,当SDBS浓度为0.0120mol/L时所制备的聚吡咯纳米颗粒的电导率在1.00S/cm左右;在含有MWCNTs的SDBS溶液中,单体在SDBS的胶束内聚合,表面活性剂及其胶束吸附在MWCNTs的表面,表面活性剂的浓度和碳纳米管的用量对PPy/MWCNTs复合材料电导率的提高起到重要作用。当SDBS浓度为0.0120mol/L、MWCNTs和单体的质量比为0.20时,可获得电导率为5.68S/cm的PPy/MWCNTs纳米复合材料。

聚3-戊酰基吡咯/多壁碳纳米管复合材料的制备与电导率研究

通过原位化学聚合法制备了聚3-戊酰基吡咯(PVPy)/多壁碳纳米管(MWNTs)复合材料.利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重分析(TGA)与四探针法对样品的结构和性能进行了研究.FT-IR表明,PVPy与MWNTs分子间存在相互作用力.TEM显示,3-戊酰基吡咯(VPy)单体仅在MWNTs的外表面发生聚合.XRD谱显示,PVPy/MWNTs复合材料中MWNTs的两个特征结晶峰强度随着VPy/MWNTs原料比增加而逐渐降低,主要表现出PVPy的结晶峰.电导率测试结果表明,通过MWNTs与PVPy复合,可以显著的提高PVPy/MWNTs复合材料的导电性,其电导率分别为2.37 S/cm(VPy/MWNTs=2.5/1)与0.25 S/cm(VPy/MWNTs=5/1).

多壁碳纳米管/聚吡咯导电复合材料的制备及性能

以羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)和吡咯单体为反应物,通过原位聚合方法成功制备了MWCNTs/聚吡咯(PPy)导电复合材料;通过傅里叶红外光谱仪、扫描电镜、热重分析仪及四探针电导仪对复合材料的结构与性能进行了表征。结果表明:羧基化MWCNTs高的长径比和大的比表面积使得复合材料比纯PPy的电导率和热稳定性能有显著提高;随着MWCNTs含量增加,复合材料的电导率和热稳定型均明显提高;当MWCNTs质量分数为20%时,复合材料的电导率达到11.1S·cm-1。

磺化聚苯乙炔/多壁碳纳米管复合材料导电特性和机理的研究

将磺化聚苯乙炔(SPPA)与多壁碳纳米管(MWCNTs)超声共混制备得到SPPA/MWCNTs复合材料.用X光电子能谱仪、固体紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、四探针、场发射扫描电镜等对复合材料导电特性及机理进行研究.结果表明:SPPA/MWCNTs复合材料中SPPA与MWCNTs发生电荷转移而被掺杂,并且由于SPPA与MWCNTs间的电荷转移,彼此间存在一定的相互作用力;复合材料电阻呈负温度系数效应;SPPA/MWCNTs复合材料电导率发生两次突跃.可能的导电机理为,复合材料中SPPA不仅被MWCNTs物理填充,同时还被MWCNTs掺杂,复合材料中存在两种导电通路,一是SPPA与MWCNTs的碳原子发生电荷转移而被掺杂,彼此之间存在一定的相互作用力,导致SPPA包裹MWCNTs形成独立导体单元,这种独立单元相互接触形成导电通路;二是MWCNTs彼此之间相互接触形成导电通路,并建立了该导电机理的理论模型.

聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/多壁碳纳米管导电复合材料制备与性能

通过3,4-乙撑二氧噻吩（EDOT）在多壁碳纳米管（MWNTs）表面的原位氧化聚合,得到聚苯乙烯磺酸钠（PSSNa）掺杂聚（3,4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT）/多壁碳纳米管导电复合材料.复合材料中PEDOT-PSSNa包覆在MWNTs表面,形成MWNTs为核、PEDOT-PSSNa为壳的纳米复合结构,PEDOT与MWNTs间存在较强的π-π＊共轭效应.复合材料的热失重受PEDOT分子骨架热降解和MWNTs热分解的双重控制,在300～500℃的热稳定性较PEDOT-PSSNa明显提高.聚合得到的核（MWNTs）-壳（PEDOT-PSSNa）结构能均匀分散在水中,形成具有良好透光性的水溶性复合分散体系.将水溶性复合材料涂覆于PET薄膜表面,室温电导率比PEDOT-PSSNa提高2个数量级.

磺化聚苯乙炔/多壁碳纳米管复合材料导电机理研究

将磺化聚苯乙炔(SPPA)与多壁碳纳米管(MWNT)超声共混制备得到SPPA/MWNT复合材料.用四探针电阻率测试、场发射扫描电镜(FESEM)、XPS、UV-Vis、XRD等方法对复合材料导电机理进行研究.结果表明,SPPA/MWNT的电导率发生两次突跃;掺杂剂MWNT具有低的临界阈值;临界阈值附近,复合材料中MWNT具有不连续分布的现象及复合材料电阻呈负温度系数(NTC)效应;SPPA/MWNT复合材料中MWNT的碳原子对SPPA进行掺杂.推测复合材料的导电机理为,共轭聚合物SPPA不仅被导电粒子MWNT物理填充,同时还被MWNT的碳原子掺杂,使复合材料中存在两种导电通路而导电,一是因被掺杂而成为高电导率主体的SPPA相互接触形成的导电通路,二是MWNT相互接触形成的导电通路.

碳纳米管–聚吡咯复合材料在超电容器中的应用

在碳纳米管(CNT)基体上用化学聚合或电化学聚合方法沉积聚吡咯(PPy)制得复合材料。再以此类复合材料为活性物质制作电极,组装成原型超电容器。并对其进行了循环伏安、恒电流充放电等电化学测试。用此类复合材料制成的原型超电容器的比容量(23.6 F/g)与纯碳纳米管(2.3 F/g)或纯聚吡咯(3.9 F/g)制成的原型电容器比较,发现复合电极电容器比容量的提高不是简单的加和效应,而是协同效应所致。

聚吡咯纳米管/碳纳米管复合材料在氧化还原电解液中的电化学性能

用模板法制备聚吡咯纳米管(PPyNTs),然后采用乙醇混合法将其和多壁碳纳米管(MWCNTs)制备了复合电极材料(PM)。比较不同材料在传统H2SO4电解液和添加了具有氧化还原活性物质胭脂红(AR18)的电解液中的电化学性能。三电极测试结果表明,在H2SO4电解液中PPy纳米颗粒的比电容为220F/g,在氧化还原电解液中,PPyNTs的比电容为579.2F/g,高于PPy纳米颗粒(445F/g),而PM复合材料的最高比电容可达674.2F/g,既高于单一PPyNTs又高于MWCNTs的(405.8F/g)。利用性能优化的PM-3复合材料组装对称电容器,当电流密度为0.5A/g时,功率密度为300W/kg,能量密度达15.7Wh/kg,且经过5000次循环,电容保持率为90%。说明AR18和H2SO4构建的氧化还原电解液能够提供额外的氧化还原反应,使具有双电层电容和赝电容的复合材料具有更加优良的电化学性能。

多壁碳纳米管/聚亚苯基苯并二噁唑复合材料的微结构与性能

以甲基磺酸(MSA)为溶剂通过溶液共混法制备了不同多壁碳纳米管(MWNTs)含量的多壁碳纳米管/聚亚苯基苯并二噁唑(MWNTs/PBO)复合材料,用扫描电镜(SEM)对热处理前后复合材料的微结构进行了分析,并对其导电、力学和耐热性能进行了研究。结果表明:MWNTs能均匀地分散在聚合物基体中,并能形成一定的网络结构,热处理后的复合材料较热处理前的结构更致密,导电性能和力学性能都有所改善,其中MWNTs质量分数为10%的热处理后复合材料与纯PBO聚合物相比,体积电阻率降低约9个数量级,而拉伸强度和拉伸模量分别提高了95%和53%,耐热性能也有一定的提高。

多壁碳纳米管/聚(丙三醇-癸二酸-柠檬酸)酯弹性体复合材料的制备与性能研究

采用熔融共缩聚反应法合成聚(丙三醇-癸二酸-柠檬酸)酯(PGSC)弹性体,再采用半原位聚合和研磨分散的方法制备多壁碳纳米管(MWCNT)/PGSC复合材料,并对复合材料的性能进行研究。结果表明,MWCNT对PG-SC的玻璃化温度影响不大;随着MWCNT用量的增大,MWCNT/PGSC复合材料的弹性模量和拉伸强度总体增大,溶胀度和吸水率逐渐减小;当MWCNT用量达到或超过1份时,与PGSC相比,MWCNT/PGSC复合材料的弹性模量和拉伸强度较大,降解速率较小。

反式聚异戊二烯/多壁碳纳米管复合材料的微观结构及物理机械性能

以氯化镁(MgCl_2)、经四氯化钛(TiCl_4)预处理的普通型多壁碳纳米管(MWCNTs)或羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)为载体,采用高能球磨法制备了负载钛系催化剂,然后采用原位聚合法制备了反式聚异戊二烯(TPI)/MWCNTs纳米复合材料,表征了MWCNTs在催化剂中的分散性、纳米复合材料的微观结构,考察了2种MWCNTs含量对纳米复合材料物理机械性能的影响。结果表明,在负载钛系催化剂中,MWCNTs-OH或普通型MWCNTs无聚集且分散均匀;在2种TPI/MWCNTs复合材料中,TPI分子链紧密包覆MWCNTs表面,二者形成类似于核-壳管状结构,反式-1,4-结构质量分数均为99.1%,3,4-结构质量分数均为0.9%,MWCNTs的类型对复合材料的结构无显著影响;TPI/MWCNTs-OH复合材料的物理机械性能优于TPI/普通型MWCNTs复合材料及纯TPI材料,且当MWCNTs-OH的质量分数达到0.10%时,复合材料的拉伸强度及扯断伸长率较纯TPI分别提高了36%和49%。

聚吡咯/磺化石墨烯/磺化碳纳米管复合材料的界面合成

对氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)进行磺化处理,得到的磺化石墨烯(SG)和磺化碳纳米管(SCNT)在溶液中有良好的分散性。将SG、SCNT和氧化剂溶于水中形成水相,聚吡咯(PPy)单体溶于有机溶剂中形成有机相。有机相与水相之间发生界面反应,得到PPy/SG/SCNT复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、电化学工作站对复合材料进行表征与测试。结果表明:PPy/SG/SCNT复合材料组分复合均匀,是无定形材料,其电化学性能较单独的PPy、SG或SCNT更优越,而且当正己烷作为有机溶剂时,所得到的三组分复合材料更适合作为超级电容器电极材料。

二氧化锰/碳纳米管/聚吡咯复合材料的制备及性能

为了进一步实现其他材料与聚吡咯的性能互补与优化,先以甲基橙为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂,采用软模板法制备具有一维纳米结构的聚吡咯,再利用水热法制备二氧化锰/碳纳米管复合材料,最后将二氧化锰/碳纳米管复合材料与聚吡咯进行混合处理,改变复合材料中二氧化锰/碳纳米管复合材料和聚吡咯微米管的含量,得到了3种不同比例的二氧化锰/碳纳米管/聚吡咯复合材料.采用扫描电子显微镜测试观察所得产物的微观形貌,通过X-射线粉末衍射仪测试其结构与组成,最后通过电化学工作站测试分析复合物的电化学性能与循环稳定性.结果表明,二氧化锰/碳纳米管/聚吡咯复合材料在微观上复合均匀,电容性能比单独的聚吡咯或二氧化锰/碳纳米管复合材料量有显著改善.

采用齐格勒-纳塔催化剂原位聚合制备反式聚异戊二烯/多壁碳纳米管/二氧化硅纳米复合材料

采用齐格勒-纳塔催化剂原位聚合制备了聚异戊二烯(TPI)/多壁碳纳米管(MWCNTs)/二氧化硅(SiO2)纳米复合材料。通过将钛系齐格勒-纳塔催化剂引入到MWCNTs/SiO2/氯化镁载体中,得到了纳米尺度的负载型催化剂体系,该催化剂中MWCNTs可以实现有效的分散,随着TPI聚合反应的进行,MWCNTs实现了在TPI纳米复合材料中的均匀分布且具有较强的界面作用。扫描电镜分析结果显示,在TPI基质中纳米级的MWCNTs可以实现良好的分散,且TPI分子链包覆在MWCNTs表面。通过傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱和X射线衍射等手段研究了基质的分子结构,表明反式-1,4-结构摩尔分数可达99%。通过加入少量MWCNTs,TPI/MWCNTs/SiO2纳米复合材料的力学性能和电导率明显提高。

聚甲基丙烯酸甲酯/多壁碳纳米管复合材料的动态力学性能及热稳定性研究

采用溶液共混法制备了聚甲基丙烯酸甲酯/多壁碳纳米管(PMMA/MWCNT)复合材料,利用动态热机械分析仪和热重分析仪测试了PMMA/MWCNT复合材料的动态力学性能和热稳定性。结果表明:在玻璃态时,随着MWCNT含量的增加,复合材料的储能模量(E′)和损耗因子(tanδ)均呈先增加后减小的趋势,含量为1%时达到最大值,而损耗模量(E″)较纯PMMA呈下降趋势。在玻璃化转变区域,E′、tanδ和E″较PMMA均有提高。在橡胶态时,随着MWCNT含量的增加,E′和E″变化不显著,tanδ逐渐升高。热失重数据显示,随MWCNT含量增加,PMMA/MWCNT复合材料的初始降解温度在3%达到最大,比纯PMMA提高了76.5℃。

聚偏氟乙烯/多壁碳纳米管电磁屏蔽复合薄膜的制备与性能

导电聚合物基电磁屏蔽复合材料以低渗透阈值和轻薄可加工为重要研究目标。论文采用多壁碳纳米管(MW-CNTs)作为导电填充颗粒、聚乙烯吡咯烷酮PVPK30作为分散剂,通过简单的溶液混合和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)非织造布刮膜法制备出具有三维网状的聚偏氟乙烯(PVDF)/MWCNTs复合薄膜。通过旋转黏度计测试得出MWCNTs质量分数低于5%时易于保存和加工;通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、四探针电阻率测量仪、矢量网络分析仪以及接触角测试仪的分析结果得出,当MWCNTs质量分数在3%附近时达到渗流阈值,复合材料的β相增加明显,MWCNTs分散均匀,结晶性能良好,3mm和5mm的复合薄膜导电率增长率分别高达90.20%和72.20%,电磁屏蔽增长率分别高达57.41%和45.84%,并且MWCNTs含量会正向影响薄膜的导电、电磁屏蔽和润湿性能,所得的导电PVDF基薄膜在较薄厚度时具有优异的EMI屏蔽性能,可应用于轻薄可加工的穿戴设备领域。

聚吡咯/无机粒子纳米复合材料的研究进展

综述了聚吡咯(PPy)与无机磁性粒子、金属氧化物、碳系无机物(炭黑、碳纳米管、纳米石墨微片)等无机粒子组成的功能性纳米复合材料的制备方法及其力学、光学、电学、磁学等性能,并介绍了近年来各类PPy/无机粒子功能性纳米复合材料在电磁屏蔽、隐身材料、抗静电材料、导电高分子电容器、二次电池以及传感器等领域的研究现状及发展趋势。

电子聚合物基体碳纳米管复合材料研究进展

电子聚合物是一类新型的功能材料,碳纳米管具有优异的力学性能和独特的电学性能等,是聚合物基体复合材料的理想增强体。按不同电子聚合物基体类型进行了归纳,评述了电子聚合物基体碳纳米管复合材料的制备、性能和应用等情况。

碳纳米管/聚对苯二甲酸乙二酯纳米复合材料热降解动力学

用原位聚合的方法制备了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),带羧基的多壁碳纳米管/PET(MWNTs-COOH/PET)纳米复合材料和带羟基的多壁碳纳米管/PET(MWNTS-OH/PET)纳米复合材料。用热重分析(TG)仪测试了三种样品的热降解稳定性,用Friedman法和Ozawo法对测试结果进行了热降解动力学分析。结果表明,通过加入MWNTs,两种MWNTs/这PET纳米复合材料的热稳定性都有不同程度的提高。MWNTs-COOH/PET的稳定性从开始降解到结束都比纯PET高,MWNTs-OH/PET开始降解阶段的稳定性不如纯PET,而在降解后期稳定性明显比纯PET高。

改性多壁碳纳米管/PET纳米复合材料的非等温结晶行为

采用原位复合方法制备出纯PET、MWNTs-COOH/PET和MWNTs-OH/PET纳米复合材料。通过红外测试发现PET以共价键形式接枝到碳纳米管上;用扫描电镜(SEM)观察了改性碳纳米管在PET基体中的分散性;通过差示扫描量热法(DSC)研究3种纳米复合材料的非等温结晶行为,使用Jeziorny法和莫志深法分析3种样品的非等温结晶动力学。结果表明:COOH/OH官能化MWNTs可以较好地分散在PET基体中并且能够作为一种有效的成核剂,改变PET的成核机理;同时可以使PET在较高的温度下结晶,提高了PET的结晶速率并且MWNTs-COOH/PET复合材料起始结晶时间更早,而MWNTs-OH/PET复合材料结晶速率更快。