电子束预辐照碳纳米管接枝丙烯酸功能化

摘要

自从1991年Ijima发现碳纳米管以来,由于其独特的结构特征所表现出的特殊的力学、电学和磁学性质使得它在宇航材料、微电子技术甚至是新型生物医学材料中有着诱人的应用前景.但碳纳米管不溶于水以及常用的有机溶剂,限制了应用和研究.近年来碳纳米管的化学修饰成为纳米领域的一个研究热点.化学修饰方法主要有碳管端头和侧壁缺陷处的氧化修饰,碳纳米管侧壁的共价加成修饰和非共价结合修饰等.氧化法修饰碳纳米管是利用碳纳米管的端头和侧壁的缺陷具有较高的化学活性,强氧化剂可将碳管的端口打开或破坏碳管侧壁的缺陷,最终在这些部位氧化出羧基[1,2].共价加成修饰是利用碳纳米管的侧壁碳原子主要是由sp2杂化碳原子组成,可与一些活泼的物质发生加成反应,从而实现碳纳米管侧壁的功能化.本文采用预辐照的方法研究了碳纳米管接枝丙烯酸.辐照所用的电子加速为上海先锋电机厂生产的GJ-2-Ⅱ电子加速器.辐照剂量为300kGy.反应瓶中预先加入一定比例的丙烯酸、去离子水和阻聚剂并混合均匀,再加入一定量辐照后的碳纳米管,恒温反应3h后,微孔过滤(羧甲基纤维素膜,200nm), 然后分别用酒精,去离子水多次超声洗涤接枝产物,最后将得到纯净的接枝物置于干燥箱内60℃烘干.产物用AFM显微镜,红外图谱表征.首先,接枝后的碳纳米管水中的溶解性得到了提高,超声分散1h后,静置一周以上都没有发生沉积;而未接枝的碳纳米管在10分钟内便发生了沉积.从原子力显微镜的图像来看,接枝前后碳纳米管管壁的表面形貌发生了变化, 碳纳米管管壁与原始碳纳米管相比较,变得粗糙,模糊,出现了纤维状的附着物.从红外图谱分析来看,接枝后的碳纳米管在1600-1700cm-1间出现了羧基的特征吸收峰,尽管吸收较弱,但在3430cm-1处能明显的观察到羧基的特征吸收.表明MWNT在经接枝处理后碳纳米管表面出现了羧基官能团.