多壁碳納米管類流體結構、流變及組裝特性研究.pdf

1、碳納米管類流體是一類在無溶劑條件下具有類似液體能夠流動的新型納米流體。本文通過多壁碳納米管的酸氧化和表面有機接枝方法制備了新型多壁碳納米管類流體，并系統(tǒng)研究了它們的特殊流變性和組裝結構。研究發(fā)現(xiàn)：均勻設計法是一種高效的篩選碳納米管酸氧化條件和進一步制備特定流變性碳納米管類流體的方法。DC5700接枝氧化碳納米管(DC5700-g-MCNTs)的優(yōu)化反應條件為：V(碳管酸液)：V(甲醇)：V(40wt％DC5700/甲醇溶液)=1：1：0

2、.2，60℃/2h。其中，DC5700加入碳管/濃酸溶液中能迅速產生絮凝，該現(xiàn)象能廣泛地應用于包括CNTs，SiO2，TiO2以及Fe2O3等在內的諸多納米粒子的液相分離和提取。因而是一類全新的高效、環(huán)保的納米分離方法，可望在降低納米材料對人體和環(huán)境的危害方面發(fā)揮重要作用。研究證實該絮凝方法主要基于化學和物理(范德華力和靜電引力)的作用機制。實驗中我們觀察到了氧化碳納米管在DC5700功能化的玻片表面的特殊組裝結構：1～5岬的碳納米管島

3、和寬～1μm長5～15μm的碳納米管棒，該現(xiàn)象為納米粒子的組裝結構提供了新的途徑。 DC5700-g-MCNTs進一步和NPES反應能得到新型納米類流體MCNTs-IL。流變性能研究證實了它在無溶劑條件下具有類液體行為。該方法有望實現(xiàn)難于加工的“固體”碳納米管象普通高分子、膠體甚至液體一樣進行加工。產品室溫下為黑色無定形蠟狀物，熱穩(wěn)定性較好(失重率10％時溫度高達311℃)。電鏡觀察表明它具有垂直于碳納米管表面的雙離子層結構，厚

4、度約為6.5nm。 PEG同樣能接枝到碳納米管表面制得準一維結構的PEG-MCNTs納米類流體。該類流體表現(xiàn)出不同于以往文獻報道的各種O維納米粒子類流體的特殊流變行為。即較長的PEG-MCNTs粘度大但在20-80℃范圍內呈現(xiàn)粘性響應，但粘度較小的短PEG-MCNTs表現(xiàn)為固態(tài)彈性流變行為，并在56.7℃實現(xiàn)固-液轉變。通過穩(wěn)態(tài)剪切模型的研究，我們發(fā)現(xiàn)了碳納米管表面功能化密度、長徑比以及體積分數(shù)與碳納米管類流體宏觀流變性的定量關