聚合物分子對(duì)碳納米管的螺旋纏繞及其相互作用本質(zhì)

納米材料的研究是本世紀(jì)以來材料科學(xué)中的前沿和焦點(diǎn)之一，碳納米管是納米材料中最富有代表性的一種。碳納米管具有特殊的結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的力學(xué)和電學(xué)性能，在許多領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用前景。但是由于碳納米管管間巨大的范德華力和極高的長(zhǎng)徑比，碳納米管很容易聚集成束存在，難以分散在溶劑中，極大地限制了它的應(yīng)用。聚合物是廣泛使用的一類材料，具有種類豐富、性能各異、結(jié)構(gòu)可控等特點(diǎn)。用聚合物來對(duì)碳納米管進(jìn)行分散、修飾，是解決碳納米管應(yīng)用問題的一個(gè)可行方法，受到很大的關(guān)注。 在本項(xiàng)目研究中，我們首先研究了制備碳納米管-聚合物復(fù)合物過程中混合時(shí)間對(duì)復(fù)合物穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)只有在長(zhǎng)時(shí)間超聲的作用下，碳納米管才能通過聚合物的螺旋纏繞包覆實(shí)現(xiàn)在溶劑中的有效和穩(wěn)定分散。時(shí)間較短時(shí)，聚合物分子鏈可能僅是被單純吸附于碳納米管表面，一定時(shí)間后由于解吸附而使分散效果下降。為了研究碳納米管與聚合物之間相互作用對(duì)聚合物分子鏈包覆碳納米管的影響，引入了多種不同的相互作用：共價(jià)鍵、氫鍵、π-π共軛作用以及范德華力。在不同類型的相互作用體系中，聚合物都和碳納米管形成了碳納米管-聚合物復(fù)合物，在溶劑中的分散具有良好的穩(wěn)定性。而且在高分辨透射電鏡的表征中可以發(fā)現(xiàn)，聚合物分子鏈形成了規(guī)則的螺旋結(jié)構(gòu)纏繞著碳納米管。 另外，在碳納米管-聚合物復(fù)合物中，聚合物分子鏈熵變的重要性也是本研究的關(guān)注點(diǎn)。通過使用不同分子量的聚苯乙烯包覆碳納米管研究了熵變及相應(yīng)的構(gòu)象調(diào)整對(duì)于穩(wěn)定分散碳納米管的重要性，研究結(jié)果表明，聚合物分子鏈越柔性越利于其在碳納米管上的包覆。 碳納米管以外，二維納米材料，包括石墨烯和無機(jī)石墨烯類似物，同樣具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能，可以在高性能聚合物基復(fù)合材料中展現(xiàn)其無窮魅力。進(jìn)一步的研究首先從二維納米材料最具代表性的例子石墨烯出發(fā)，設(shè)計(jì)了具有特殊結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物使其通過π-π堆?；虍愊喑珊伺c結(jié)晶和石墨烯發(fā)生強(qiáng)相互作用，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的非共價(jià)改性。通過二價(jià)金屬離子配位的方法組裝出具有極高的導(dǎo)電性和透過率的碳納米管/石墨烯雜化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可媲美ITO透明導(dǎo)電薄膜，具備了取代ITO成為新一代柔性透明導(dǎo)電薄膜的潛能。 最后將二價(jià)金屬離子的配位方法推廣到無機(jī)石墨烯類似物中，利用其豐富的配位原子(S、O和N)與聚合物配體配位，利用配位方法構(gòu)造出強(qiáng)的填料/聚合物基體間的界面相互作用，從而制備出高強(qiáng)度無機(jī)石墨烯類似物/聚合物基復(fù)合材料。 2100433B

本項(xiàng)目擬使用具有不同分子結(jié)構(gòu)和不同構(gòu)象的聚合物，探討聚合物分子和碳納米管之間的相互作用本質(zhì)，澄清聚合物分子以不同構(gòu)象和形態(tài)、螺旋纏繞包覆碳納米管的原因。選用和合成制備可以與碳納米管進(jìn)行化學(xué)作用或物理作用的具有不同特點(diǎn)的聚合物分子，如帶有特點(diǎn)官能團(tuán)、嵌段或接枝聚合物、支化或梳狀聚合物，天然呈螺旋構(gòu)象的聚合物以及結(jié)晶時(shí)呈螺旋構(gòu)象的聚合物，深入研究這些聚合物和碳納米管之間的相互作用和包覆形態(tài)，理解聚合物分子在纏繞碳納米管時(shí)左螺旋或右螺旋形成的誘因，從中發(fā)現(xiàn)它們之間相互作用的本質(zhì)，為碳納米管的穩(wěn)定分散和功能化器件的制備以及在高分子工程材料中的應(yīng)用奠定重要基礎(chǔ)；并可控制碳納米管的修飾，為通過聚合物自組裝實(shí)現(xiàn)碳納米管在高分子中的可控排列以致陣列化上提供新思路和新方法

螺旋纏繞是一種繞型。

螺旋纏繞 helical winding 增強(qiáng)塑料進(jìn)行纏繞成型時(shí)用 螺旋纏繞機(jī)使浸有樹脂的繞線或繞帶按螺旋形走向的一種繞 型.』芯模作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，繞絲頭按一定速度沿芯模軸向進(jìn)行往 返纏繞。調(diào)節(jié)速比可以完成不同規(guī)律的繞型，一搬在滿足工藝 條件下，螺旋纏繞角應(yīng)盡習(xí)能小，這將有利于制品承受軸向應(yīng) 力這種方法適用于制造圓柱形、球形產(chǎn)品，如煤氣罐、耐腐 蝕管道等壓力容器。2100433B

溶解性

分子的極性對(duì)物質(zhì)溶解性有很大影響。極性分子易溶于極性溶劑，非極性分子易溶于非極性溶劑，也即“相似相溶”。蔗糖、氨等極性分子和氯化鈉等離子化合物易溶于水。具有長(zhǎng)碳鏈的有機(jī)物，如油脂、石油的成分多不溶于水，而溶于非極性的有機(jī)溶劑。

熔沸點(diǎn)

在分子量相同的情況下，極性分子比非極性分子有更高的沸點(diǎn)。這是因?yàn)闃O性分子之間的取向力比非極性分子之間的色散力大。