埃洛石納米管改性復(fù)合吸水材料的耐鹽性能與凝膠強(qiáng)度

大家對(duì)納米管的概念不陌生吧?納米管比人的頭發(fā)絲還要細(xì)1萬(wàn)倍。本文介紹一種天然納米管材料—埃洛石納米管,包括它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并舉例介紹它在吸附、催化方面的應(yīng)用原理,供一線(xiàn)高中教師選用于教學(xué)。一、一種硅鋁酸鹽礦物埃洛石(halloysite,?？s寫(xiě)為hnts)是一種硅酸鹽礦物,分子式可以表示為al2si2o5(oh)4nh2o,n=0或2,分別代表脫水和水化狀態(tài)。埃洛石具有球

通過(guò)種子乳液聚合法在埃洛石納米管(hnts)表面包覆聚n-異丙基丙烯酰胺(pnipam),制備了hnts/pnipam熱敏復(fù)合微球。利用紅外光譜儀(ft-ir)、粒度儀、比表面積測(cè)試儀(bet)對(duì)復(fù)合微球的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析,通過(guò)分光光度法研究了復(fù)合微球?qū)喖谆{(lán)的吸附性能。結(jié)果表明,復(fù)合微球粒徑約為1.8μm,比表面積約為18.2m2/g;其體積相轉(zhuǎn)變溫度約為33.6℃,具有熱敏性。實(shí)驗(yàn)條件下,復(fù)合微球?qū)θ芤褐衼喖谆{(lán)(mb)的吸附率為99.4%,吸附mb后的復(fù)合微球在室溫下再生60min后,mb解吸附趨于平衡,進(jìn)一步在40℃進(jìn)行解吸附時(shí),微球中mb可以進(jìn)一步釋放。

基于cds良好的光學(xué)性質(zhì)和單壁碳納米管(swcnt)優(yōu)異的電子學(xué)性質(zhì),制備了納米cds/swcnt復(fù)合材料和納米cds/聚乙烯亞胺(pei)功能化swcnt復(fù)合材料,并利用日光燈光源模擬太陽(yáng)光研究了它們的光電性質(zhì).結(jié)果表明,納米cds/swcnt復(fù)合材料呈現(xiàn)顯著的負(fù)光電導(dǎo)現(xiàn)象,而納米cds/pei-swcnt復(fù)合材料呈現(xiàn)強(qiáng)烈的正光電導(dǎo)現(xiàn)象.用電子轉(zhuǎn)移理論對(duì)這一結(jié)果進(jìn)行了解釋.兩樣品在大角度彎折的情況下,光電性質(zhì)均基本沒(méi)有變化.因此,納米cds/碳納米管復(fù)合材料在光電領(lǐng)域,尤其是新興的柔性光電子學(xué)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景.

將檸檬酸還原法和nabh4還原法制備得不同粒徑的au納米粒子采用浸泡和呼吸兩種方法引入到納米管管壁中，制備出了具有熱敏性質(zhì)的pnipam納米管和au納米粒子的復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用單純的浸泡法時(shí)，納米管對(duì)au納米粒子的吸附在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡。在相同的吸附時(shí)間內(nèi)采用呼吸法，納米管對(duì)小粒徑的au粒子的吸附量更多一些，而對(duì)大粒徑的au粒子的吸附量并沒(méi)有明顯增加。說(shuō)明呼吸作用對(duì)吸附粒子的粒徑具有一定的選擇性。這為制備納米粒子／聚合物納米管復(fù)合材料提供了一條方便可行的途徑。

將酸化處理以后的碳納米管(cnts)與高密度聚乙烯(hdpe)復(fù)合,采用機(jī)械共混法制備了定向cnts/hdpe復(fù)合材料,并對(duì)其力學(xué)性能、相態(tài)結(jié)構(gòu)、流變性能及熱性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:cnts的加入,提高了復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和拉伸模量,但同時(shí)卻降低了材料的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率;cnts在hdpe基體中有了較好的分散性和相容性;cnts的加入對(duì)復(fù)合材料流變性能產(chǎn)生了較大的影響,加入少量的cnts可以使復(fù)合材料體系的表觀粘度降低,有利于hdpe加工性能的改善;cnts加入后,hdpe的熔融溫度和結(jié)晶熔融焓均有所下降。

采用原子轉(zhuǎn)移自由基(atrp)活性聚合方法在多壁碳納米管(mwnt)表面接枝丙烯酸丁酯聚合物(pba),并以此對(duì)聚丙烯(pp)進(jìn)行改性。紅外光譜(ft-ir)及透射電子顯微鏡(tem)測(cè)試結(jié)果表明,采用atrp法成功地將pba接枝到多壁碳納米管(mwnt)表面。采用熔融共混法制備了pp/mwnt復(fù)合材料,對(duì)其力學(xué)性能和耐熱性能進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,接枝聚合物的碳納米管提高了復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度,提高了pp的耐熱性。mwnt-pba和mwnt-cooh加入pp都能提高材料的性能,而mwnt-pba比mwnt-cooh的作用更加明顯。

碳納米管是一種一材多能和一材多用的功能材料和結(jié)構(gòu)材料,尼龍/碳納米管復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、超強(qiáng)的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)熱性,可望用于汽車(chē)、飛行器制造、電子機(jī)械等領(lǐng)域。對(duì)尼龍/碳納米管復(fù)合材料的制備方法、主要性能和應(yīng)用進(jìn)行綜述。

采用原子轉(zhuǎn)移自由基(atrp)活性聚合方法在多壁碳納米管(mwnt)表面接枝丙烯酸丁酯聚合物(pba),并以此對(duì)聚丙烯(pp)進(jìn)行改性。紅外光譜(ft-ir)及透射電子顯微鏡(tem)測(cè)試結(jié)果表明,采用atrp法成功地將pba接枝到多壁碳納米管(mwnt)表面。對(duì)pp/mwnt復(fù)合材料電性能研究表明,mwnt-pba的添加比mwnt-cooh更能降低復(fù)合材料的電阻率。mwnt-pba的加入可使pp從絕緣材料轉(zhuǎn)變?yōu)榭轨o電材料。mwnt-pba和mwnt-cooh加入pp都能提高材料的電性能,而mwnt-pba比mwnt-cooh的作用更加明顯。

碳納米管從物理和化學(xué)方面都具有獨(dú)特性，它的應(yīng)用范圍廣泛，從汽車(chē)防護(hù)零件到修飾電機(jī)，從氫氣的儲(chǔ)存到微波吸收等等，都得到了廣泛的應(yīng)用。所以碳納米管的發(fā)現(xiàn)是材料學(xué)，工程制備的一個(gè)優(yōu)秀成果。本文從碳納米管的發(fā)現(xiàn)，到對(duì)它的簡(jiǎn)介，特性的應(yīng)用以及目前存在的一些亟需解決的問(wèn)題進(jìn)行了闡述。并提出了對(duì)它未來(lái)發(fā)展的建議和展望。

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所等研究單位用單層碳納米管（筒狀碳原子）與銅復(fù)合，制得密度小于銅、金的復(fù)合物。制取工藝：基板上的單層碳納米管在含銅離子的有機(jī)溶液中慢慢通過(guò)，再在與銅親和力強(qiáng)的水溶液中電鍍，這種復(fù)合材料每cm2可通入6億安培電流，電流容量為金和銅的100倍。

日本大阪大學(xué)與北海道大學(xué)共同研制成功碳納米管（cnt）均勻分散的純海棉鈦復(fù)合材料，在該材料中添加了0．35％（質(zhì)量）的cnt，從而制得了抗拉強(qiáng)度高達(dá)930mpa的復(fù)合材料。首先將cnt置入含有界面活性劑的水溶液中，采取超聲波振動(dòng)攪拌并使cnt分散。海棉鈦粉經(jīng)過(guò)這種水溶液浸漬后取出，經(jīng)熱處理除去水分和界面活性劑后制成燒結(jié)體并擠壓成材。

采用溶液聚合的方法制備聚丙烯腈,對(duì)聚丙烯腈進(jìn)行熱處理改性后,與碳納米管共混制備復(fù)合材料.與未改性處理的復(fù)合材料相比,電導(dǎo)率提高了2個(gè)多數(shù)量級(jí).用ftir、raman和xps等方法進(jìn)行研究,結(jié)果表明聚丙烯腈經(jīng)熱處理改性后,部分腈基(-c≡n)轉(zhuǎn)變?yōu)閬啺坊?-c=n),其鏈狀結(jié)構(gòu)向環(huán)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化,mwnts上的π電子與改性后聚丙烯腈的π電子之間形成強(qiáng)的π-π共軛,增強(qiáng)了改性聚丙烯腈與碳納米管之間的相互作用,提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能.

將二硫代酯化合物作為raft(可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng))試劑,采用raft活性聚合方法在碳納米管表面接枝丙烯酸丁酯和馬來(lái)酸酐的共聚物,并制備了pc/碳納米管復(fù)合材料。利用ft-ir、tem表征接枝后的碳納米管,考察了碳納米管用量對(duì)pc/碳納米管復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響,觀察了pc/碳納米管復(fù)合材料沖擊斷面形貌。結(jié)果表明,碳納米管表面接枝上了一層聚合物,pc/碳納米管復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了改善。

考察了納米sio2基復(fù)合隔熱材料各組分添加量對(duì)吸水率的影響,同時(shí)針對(duì)復(fù)合材料吸水率高的問(wèn)題,通過(guò)熱處理和添加疏水納米sio2的方式來(lái)降低吸水率。結(jié)果表明:納米al2o3和無(wú)堿超細(xì)玻璃纖維對(duì)復(fù)合材料吸水率影響不大,添加鋯英石會(huì)使材料吸水率升高。高溫?zé)崽幚頃?huì)在一定程度上降低吸水率,但溫度應(yīng)控制在800℃以下。添加疏水納米sio2可顯著降低材料吸水率,縮短吸水平衡時(shí)間,且添加量愈高,復(fù)合材料疏水效果愈明顯。

本文在羧基化碳納米管和上制備了納米銀粒子,通過(guò)透射電子顯微鏡(tem)、抑菌圈實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法對(duì)改性碳納米管及制得的碳納米管/納米銀復(fù)合材料進(jìn)行了分析表征。并通過(guò)抑菌圈實(shí)驗(yàn)考察了復(fù)合材料在的抑菌性能。通過(guò)抑菌圈實(shí)驗(yàn)可以看出碳納米管/納米銀復(fù)合材料有明顯的殺菌功效。碳納米管載銀復(fù)合材料具有很高的穩(wěn)定性和良好的抑菌性,如果將其加到涂料中,會(huì)在海洋防污領(lǐng)域得到很大應(yīng)用。

愛(ài)爾蘭都柏林圣三一學(xué)院適用納米結(jié)構(gòu)和納米器件研究中心（crann）開(kāi)發(fā)出一項(xiàng)可將碳納米管摻到己然成型的塑料制品（如杜邦開(kāi)伏拉毛線(xiàn)）中去的技術(shù)?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，將開(kāi)伏拉在n-甲基吡咯烷酮的碳納米管懸浮液中溶脹時(shí)會(huì)生成力學(xué)特性很好的開(kāi)伏拉-納米管復(fù)合材料。

采用凝膠澆注成型工藝制備了納米碳管/羥基磷灰石復(fù)合材料坯體。研究了ph值、分散劑、固相含量(納米碳管和羥基磷灰石在料漿中的質(zhì)量分?jǐn)?shù))、分散工藝等因素對(duì)料漿和復(fù)合材料坯體性能的影響,對(duì)坯體的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試,借助掃描電鏡分析了坯體的微觀組織。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),料漿的ph值應(yīng)控制在10~12的范圍內(nèi);聚甲基丙烯酸銨的濃度為0.6%時(shí),羥基磷灰石懸浮體流動(dòng)性最好;十二烷基磺酸鈉的濃度在sds/cnts=1%~2%時(shí),納米碳管/羥基磷灰石復(fù)相料漿的粘度最低;采用球磨法制備的復(fù)相料漿固相含量達(dá)到55%,復(fù)合材料坯體的抗彎強(qiáng)度達(dá)到57.403mpa。

具有納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的sio2氣凝膠與透氣性?xún)?yōu)良的無(wú)紡布或氈進(jìn)行復(fù)合,可得到具有高吸附性能的納米復(fù)合材料,其飽和吸苯率達(dá)到并超過(guò)了傳統(tǒng)的吸附材料。納米復(fù)合材料的飽和吸苯率與單位面積所復(fù)合的sio2氣凝膠量和其本身的飽和吸苯率成正比關(guān)系,復(fù)合工藝對(duì)氣凝膠孔結(jié)構(gòu)的影響很小,符合一定的理論推導(dǎo)公式。

通過(guò)水熱合成方法制備了釩酸鉍(bivo_4)和多壁碳納米管/釩酸鉍(mwcnts/bivo_4)復(fù)合材料,用xrd、sem-edx、drs等技術(shù)對(duì)所制備的材料進(jìn)行了表征。研究了在可見(jiàn)光照射下材料降解亞甲基藍(lán)溶液(mb)的光催化性能。當(dāng)摻雜mwcnts后,增強(qiáng)了樣品對(duì)可見(jiàn)光的吸收能力,減小了催化劑的帶隙寬度,有利于提高bivo4復(fù)合材料在可見(jiàn)光下的光催化活性。在可見(jiàn)光照射下降解亞甲基藍(lán)溶液的光催化實(shí)驗(yàn)表明,質(zhì)量含量為10%mwcnts/bivo_4樣品的光催化活性最高,可見(jiàn)光照射3h對(duì)亞甲基藍(lán)溶液的降解率達(dá)91.8%,與純bivo_4相比,其光降解率約提高了近1倍。

日本學(xué)者滝澤秀一等人研究了在鈦合金中添加碳納米管（cnt）的制造技術(shù)。通過(guò)在代表性的鈦合金ti-6al-4v及sp700（ti-4．5al-3v-2mo-2fe）中均一微細(xì)分散地添加碳納米管（添加量〈1％，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）及其相應(yīng)的后續(xù)制造技術(shù)，使合金的強(qiáng)度、延性、剛性大幅度改善。

文章主要綜述了碳納米管/聚氯乙烯復(fù)合材料的制備,并對(duì)此類(lèi)復(fù)合材料的應(yīng)用前景進(jìn)行展望。

綜述了耐鹽型礦物/聚合物復(fù)合高吸水材料制備原理、原料選擇及工藝路線(xiàn),并對(duì)相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述;提出了材料性能的改進(jìn)點(diǎn)和今后研究發(fā)展的方向。