聚合物分子對碳納米管的螺旋纏繞及其相互作用本質(zhì)項目摘要

本項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行化學(xué)作用或物理作用的具有不同特點的聚合物分子，如帶有特點官能團、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

納米材料的研究是本世紀以來材料科學(xué)中的前沿和焦點之一，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。用聚合物來對碳納米管進行分散、修飾，是解決碳納米管應(yīng)用問題的一個可行方法，受到很大的關(guān)注。 在本項目研究中，我們首先研究了制備碳納米管-聚合物復(fù)合物過程中混合時間對復(fù)合物穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)只有在長時間超聲的作用下，碳納米管才能通過聚合物的螺旋纏繞包覆實現(xiàn)在溶劑中的有效和穩(wěn)定分散。時間較短時，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。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)生強相互作用，實現(xiàn)了石墨烯的非共價改性。通過二價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。 最后將二價金屬離子的配位方法推廣到無機石墨烯類似物中，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)造出強的填料/聚合物基體間的界面相互作用，從而制備出高強度無機石墨烯類似物/聚合物基復(fù)合材料。 2100433B

螺旋纏繞是一種繞型。

螺旋纏繞 helical winding 增強塑料進行纏繞成型時用 螺旋纏繞機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，繞絲頭按一定速度沿芯模軸向進行往 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。具有長碳鏈的有機物，如油脂、石油的成分多不溶于水，而溶于非極性的有機溶劑。

熔沸點

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。這是因為極性分子之間的取向力比非極性分子之間的色散力大。