电弧法单壁碳纳米管的纯化及其改性丁苯橡胶的研究

摘要

由于碳纳米管具有独特结构，极优异的力学性能、热学性能和电磁性能，因此，它从发现之初便吸引了大量的关注。单壁碳纳米管更是由于其独特的一维纳米结构、高强度和模量，而被看作优异的补强材料。 本文系统研究了电弧法制备的单壁碳纳米管(arc-SWNTs)的纯化方法，分析了硝酸酸化过程和离心分离过程对SWNTs纯度的影响：并应用纯化后的SWNTs通过溶液共混法制备了单壁碳纳米管/丁苯橡胶复合材料，研究了SWNTs/SBR的力学性能和热学性能。结果表明：硝酸酸化的过程有效除去了arc-SWNTs中的金属催化剂颗粒和大部分的无定型碳杂质，同时，它在碳纳米管表面引入了羧基、羟基等氧化性基团。高速离心的方法能使碳纳米管存在于离心悬浮液中，而碳颗粒杂质形成沉淀，从而分离得到高纯度的单壁碳纳米管。单壁碳纳米管的加入明显提高了丁苯橡胶的强度和韧性。当SWNTs含量为1％时，SWNTs/SBR复合材料展现了最好的力学性能，其拉伸强度比丁苯橡胶增强了54％，M<,100>增大了30％，硬度增强了15％。SWNTS的存在提高了橡胶的降解温度，SWNTs对橡胶基体起到了热稳定效应。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1碳纳米管简介

1.1.1单壁碳纳米管的结构

1.1.2碳纳米管的制备

1.1.3单壁碳纳米管的性质

1.2碳纳米管的纯化

1.2.1液相氧化法

1.2.2空间排斥色谱法

1.2.3离心微过滤法

1.2.4气相反应法

1.2.5液相氧化-离心分离复合法

1.3碳纳米管/聚合物复合材料

1.3.1碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法

1.3.2碳纳米管/橡胶复合材料的性质

1.4本文的主要研究内容

2单壁碳纳米管(SWNRs)的纯化

2.1引言

2.2实验部分

2. 2.1实验仪器及药品

2.2.2 arc-SWNTs的纯化过程

2.2.3性能测试

2.3结果与讨论

2.3.1电弧法制备的SWNTs的纯度表征

2.3.2酸化过程对SWNTs的纯度的影响

2.3.3离心过程对SWNTs纯度的影响

2.4本章结论

3单壁碳纳米管/丁苯橡胶复合材料

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验仪器

3.2.2药品

3.2.3 SWNTs/SBR复合材料的制备

3.2.4 SWNTs/SBR复合材料样品测试

3.3结果与讨论

3.3.1不同SWNTs含量对SWNTs/SBR复合材料性能的影响

3.3.2不同SWNTs含量对SWNTs/SBR硬度的影响

3.3.3不同SWNTs含量对SWNTs/SBR交联密度的影响

3.3.4 SWNTs/SBR复合材料的热学性能

3.3.5 SWNTs/SBR复合材料的拉伸断裂形态

3.3.6 SWNTs/SBR复合材料红外吸收光谱

3.3.7 SWNTs/SBR复合材料拉曼光谱

3.4本章结论

4结论

4.1本课题主要结论

4.2本文特色

4.3尚待进一步研究的问题

致谢

参考文献