超臨界CO2輔助制備碳納米管及石墨烯基納米雜化材料的研究.pdf

1、分別作為典型的一維和二維的碳納米材料,碳納米管(CNTs)和石墨烯(graphene)因其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)性能,受到廣泛的關(guān)注。CNTs和graphene基納米雜化材料尤其是與聚合物形成的納米雜化材料不僅實現(xiàn)了CNTs和graphene的功能化和分散性,還拓寬了其在納米復(fù)合材料、傳感器、電子器件和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此,本論文旨在探索一種方便有效的方法制備功能化CNTs和graphene基納米雜化材料,并研究

2、實驗條件對CNTs和graphem功能化程度的影響,探討形成不同形貌的原因。本工作為功能化CNTs和graphene基納米雜化材料的應(yīng)用開辟新的機(jī)會。
　　 本論文主要工作包括:
　　 (1)采用超臨界CO2輔助制備聚乙烯(PE)和聚環(huán)氧乙烷(PEO)/CNTs納米雜化材料,并研究了PE和PEO在CNTs表面形成不同形貌的原因。
　　 PE在CNTs上形成“納米雜化串晶”結(jié)構(gòu),而PEO則在CNTs表面形成很薄的無

3、定形聚合物涂層。PE/CNTs和PEO/CNTs納米雜化材料的不同形貌取決于聚合物分子鏈的構(gòu)象和聚合物鏈與CNTs之間的相互作用。實驗結(jié)果表明CNTs為PE提供異相成核點,形成的納米雜化串晶結(jié)構(gòu)阻止了聚合物鏈的擴(kuò)散和晶體的生長。而CNTs對PEO分子鏈起抗成核效應(yīng)。本工作為制備多功能性CNTs基納米雜化材料提供理論支持。
　　 (2)利用超臨界CO2輔助制備芘基聚乙二醇(pyrene-PEG)/CNTs納米雜化材料及其穩(wěn)定性研究

4、實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)pyrene-PEG與CNTs形成強(qiáng)的非共價鍵Π-Π相互作用,而PEG分子鏈賦予CNTs良好的水溶液分散性。由于pyrene-和CNTs之間的Π-Π相互作用引起了強(qiáng)的光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移/或能量轉(zhuǎn)移,從而導(dǎo)致pyrene-PEG/CNTs納米雜化材料水溶液的熒光強(qiáng)度顯著降低。Pyrene-PEG/CNTs納米雜化材料在0.1M HC1和強(qiáng)離子溶液中穩(wěn)定分散,為CNTs在生物領(lǐng)域的應(yīng)用提供可能。
　　 (3)超臨界CO2輔助

5、制備聚乙烯-b-聚環(huán)氧乙烷(PE-b-PEO)/氧化石墨烯(GO)納米雜化材料及進(jìn)一步功能化成功制備了兩親性雙結(jié)晶性嵌段共聚物PE-b-PEO/GO納米雜化材料,實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)溶劑體系和超臨界CO2對PE-b-PEO分子鏈在GO表面的結(jié)晶、聚集和組裝具有顯著的影響。同時以PE-b-PEO/GO納米雜化材料為模板將金納米粒子(Au NPs)和碲化鎘納米晶(CdTe NPs)固定在GO表面,成功地制備了GO基多功能性納米雜化結(jié)構(gòu)。
　　

6、 (4)基于超臨界C02和芘基聚合物直接剝離石墨制備石墨烯(graphene)基于芘基聚合物(pyrene-PEG和pyrene-PCL)和超臨界CO2直接剝離石墨制備了高質(zhì)量的、在不同溶液中穩(wěn)定分散的graphene溶液。剝離過程包括石墨、溶劑、芘基聚合物和超臨界CO2之間的多重相互作用,其中超臨界CO2作為滲透劑、膨脹劑和抗溶劑,芘基聚合物作為分子楔和改性劑獲得高產(chǎn)量的穩(wěn)定分散的graphene溶液。此方法結(jié)合高產(chǎn)量制備和功能化g