Study on the Mechanical Properties of Carbon Nanotube/Polyacrylonitrile Composite Fibers

The method of preparing the multi-walled carbon nanotubes (MWNTs)-polyacrylonitriIe (PAN) composite fibers is described and the effects of draw ratio on the mechanical properties of CNT/PAN fibers have also been discussed. The results show that the degrees of MWNTs dispersion in the polymer matrix have much effect on the mechanical properties.     

凝胶纺壳聚糖分散碳纳米管/聚丙烯腈纤维的研究

多壁碳纳米管(MWNTs)通过壳聚糖衍生物处理后与超高分子量聚丙烯腈进行复合,将得到的复合材料通过凝胶纺丝法制备出不同复合比例的MWNTs/聚丙烯腈纤维.将不同纺丝方法以及不同比例MWNTs对拉伸强度、模量、取向度、结晶结构的影响进行比较研究,同时通过电镜观察MWNTs的分散状况.结果表明:相比于湿法纺丝,通过凝胶纺丝法制备的复合纤维,MWNTs取向更好,分散更为均匀,纤维拉伸强度、模量都得到显著提高.对比未加MWNTs的对照样,在这个体系中加入质量分数为0.5%的MWNTs复合时,拉伸强度提高37%,弹性模量提高11.68%,并且声速取向度维持在相当高的水平(92.5%).     

Wet spinning of PVA composite fibers with a large fraction of multi-walled carbon nanotubes

PVA composites fibers with a large fraction of multi-walled carbon nanotubes modified by both covalent and non-covalent functionalization were produced by a wet-spinning process.Model XQ-1 tensile tester,thermogravimetric analysis,scanning electron microscopy,differential scanning calorimetry,and wide-angle X-ray diffraction were used to characterize the properties of PVA/MWNT composite fibers.The TGA results suggested that MWNTs content in composite fibers were ranged from 5.3 wt%to 27.6 wt%.The mechanical properties of PVA/MWNT composite fibers were obviously superior to pure PVA fiber.The Young's modulus of composite fibers enhanced with increasing the content of MWNTs,and it rised gradually from 6.7 GPa for the pure PVA fiber to 12.8 GPa for the composite fibers with 27.6 wt%MWNTs.Meanwhile,the tensile strength increased gradually from 0.39 GPa for the pure PVA fiber to 0.74 GPa for the composite fibers with 14.4 wt%MWNTs.Nevertheless,the tensile strength of the composite fibers decreased as the MWNTs content up to 27.6 wt%.SEM results indicated that the MWNTs homogeneously dispersed in the composite fibers,however some agglomerates also existed when the content of MWNTs reached27.6 wt%.DSC results proved strong interfacial interaction between MWNTs and PVA chain,which benefited composite fibers in the efficient stress-transfer.WXAD characterization showed that the orientation of PVA molecules declined from 94.1%to 90.9%with the increasing of MWNTs content.The good dispersibility of MWNTs throughout PVA matrix and efficient stress-transfer between MWNTs and PVA matrix may contributed to significant enhancement in the mechanical properties.     

聚丙烯腈改性碳纳米管复合材料的电性能

采用溶液聚合的方法制备聚丙烯腈,对聚丙烯腈进行热处理改性后,与碳纳米管共混制备复合材料.与未改性处理的复合材料相比,电导率提高了2个多数量级.用FTIR、Raman和XPS等方法进行研究,结果表明聚丙烯腈经热处理改性后,部分腈基(—C=N)转变为亚胺基(-C=N),其链状结构向环状结构转化,MWNTs上的π电子与改性后聚丙烯腈的π电子之间形成强的π-π共轭,增强了改性聚丙烯腈与碳纳米管之间的相互作用,提高了复合材料的导电性能.     

多壁碳纳米管氨基化修饰

将多壁碳纳米管高温处理除去无定形碳、然后用混酸（硫酸／硝酸）对碳纳米管进行表面羧基化．将羧基化碳纳米管与二氯亚砜反应得到酰氯化碳纳米管,然后将其分别与4,4＇-二氨基二苯砜（DDS）、1,3-二（3-氨丙基）-1,1,3,3-四甲基二甲硅醚（＆DA）、4＂,4＂＇-六氟异亚丙基-二（4-苯氧基苯胺）（FA）等二胺反应得到不同氨基化碳纳米管,FTIR,Raman,EDX,XRD,SEM,TGA分别对氨基化碳纳米管的结构与性能进行表征．通过对其在不同溶剂中的分散性的测试,氨基化碳纳米管在乙醇中的分散性明显优于未经修饰过的碳纳米管．     

P(MMA-St)/MWNTs复合材料导电性能研究

采用原位乳液聚合法制备了甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物（P(MMA-St)）包覆多壁碳纳米管（MWNTs）复合材料.研究了MWNTs含量和共聚物单体配比对复合材料导电性能的影响;用 SEM、FTIR、Raman和XPS等手段,探究了复合材料结构、相互作用与性能之间的关系.结果表明,MWNTs的加入提高了复合材料的热稳定性和电导率：当MWNTs含量一定,提高PMMA链段含量时,共聚物与MWNTs的作用增强,共聚物更易均匀地包覆在MWNTs表面,呈现出优异的热、电性能.     

PAN纤维中Fe的高温演变研究

为了考察Fe对PAN基碳纤维的影响,在凝固成型阶段将Fe引入聚丙烯腈(PAN)初生纤维中,通过后续过程制备含Fe的原丝,经过预氧化、碳化处理后,收取不同阶段的纤维。借助电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)、电子探针(EPMA)、力学性能测试、热重分析等手段,表征不同热处理阶段PAN纤维中Fe的含量、微区分布的变化及对碳纤维性能的影响。结果表明,含Fe的PAN原丝经预氧化、低温碳化过程,PAN纤维中Fe的质量未发生改变,当热处理温度达到1450℃后Fe开始损失,经1550℃高温处理后Fe的质量大幅度降低;热处理温度高于1350℃后,Fe在PAN纤维的径向逐渐呈现外缘多、内部少的特点,Fe有向纤维外部迁移的趋势;Fe的存在及高温迁移,降低了碳纤维的拉伸强度,影响了碳纤维的热稳定性能。     

多羟基超支化聚(胺-酯)修饰多壁碳纳米管

通过原位酯交换聚合反应,在多壁碳纳米管(MWNTs)表面接枝多羟基超支化聚胺-脂取得成功.分步产物的结构用FTIR进行了表征,TGA确定了修饰类型为共价接枝,SEM观察到MWNTs改性前后的形貌变化,并首次采用化学滴定方法确定了接枝在碳纳米管上的超支化聚合物的平均代数.接枝修饰后的MWNTs在水、乙酸乙酯等常见溶剂中的分散能力明显提高.     

聚乙二醇修饰多壁碳纳米管对质粒DNA的影响

利用体外评价方法(plasmid DNAassay)和原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)直接观测相结合,研究原始多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWNTs)、纯化后的MWNTs以及聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)修饰的MWNTs与DNA的相互作用.结果表明:原始MWNTs对质粒的损伤较为严重;纯化后的MWNTs对质粒的损伤有所减弱;而经PEG修饰的MWNTs对质粒的损伤非常小,表现出良好的生物相容性.     

XPS研究多壁碳纳米管的阳极氧化处理效果

采用阳极氧化法对多壁碳纳米管（MWNTs）进行表面处理以提高其表面极性官能团含量。研究了不同电解参数对MWNTs处理结果的影响，采用X射线光电子能谱对处理前后的MWNTs的表面特征进行了分析。结果表明，经阳极氧化处理后，MWNTs表面氧原子摩尔分数与极性官能团总量均有不同程度增加。通电量和碱性电解质的电导率（物质的量浓度）是阳极氧化处理过程的主要影响因素，MWNTs表面极性官能团总量的增加可以归结为羟基的增加和羰基的减少，另外还探讨了可能的氧化反应机理。     

Excellent ethanol sensor based on multiwalled carbon nanotube-doped ZnO

Multiwalled carbon nanotubes(MWNTs)were synthesized through CVD method,and the gas sensitive materials MWNTs/ZnO were obtained by mixing MWNTs and ZnO.The gas sensing properties of the as-prepared materials were investigated.The results show that the gas sensing properties of ZnO sensor are significantly improved by doping MWNTs.The sensitivity,response time and recovery time to 50 ppm ethanol at 260°C are 46,4 and 20 s,respectively.We also examined the selectivity of 0.1 wt%MWNTs-doped ZnO sensors to different gases.The results show that the sensor possesses an excellent selectivity to ethanol.     

马来酸酐对碳纳米管的加成及其聚合物复合材料介电性能的研究

以马来酸酐为亲双烯体,碳纳米管为双烯体,通过Diels-Alder反应实现了马来酸酐对碳纳米管的一步化学修饰,制备出以碳纳米管为核,马来酸酐为壳的“导体-绝缘体”核壳型纳米导电填料。将马来酸酐修饰的碳纳米管与尼龙共混,得到以碳纳米管为填料,尼龙为基体的复合材料。对复合材料进行介电性能和断面形貌表征,发现随着碳管的加入,复合材料介电常数提高,而介电损耗仍然保持在较低水平,且修饰后的碳管在尼龙基体中分散性良好。     

金属离子对PAN基碳纤维结构和性能的影响

采用浸渍的方法,将钠、铁离子引入聚丙烯腈(PAN)纤维。经预氧化、低温碳化后,分别在1200、1300、1500℃温度下,对PAN纤维进行高温碳化处理。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、体密度、力学性能等测试手段研究了金属离子对PAN基碳纤维结构和性能的影响。结果表明,添加金属离子后,1500℃处理的碳纤维(002)面的层间距减小,碳纤维的抗拉强度降低,碳纤维的弹性模量增加;碳纤维横断面结构尺寸大小不一,结构疏松。金属离子的加入,一方面能促进碳纤维的乱层结构向石墨结构的转变,弹性模量增加;另一方面使碳纤维的缺陷增加,抗拉强度降低。     

PAN/HBP复合超细纤维的制备与表征

采用聚丙烯腈/N,N-二甲基甲酰胺/多氨基超支化聚合物三元体系为纺丝液,通过静电纺丝制备了PAN/HBP复合超细纤维,探讨了聚丙烯腈浓度、超支化聚合物含量、纺丝电压、接收距离和推进速度等因素对复合纤维直径和形貌的影响.结果表明,增大PAN浓度和增加HBP含量,都会使纤维直径增大;静电纺丝电压增大,可以减小纤维直径;适当的接收距离和推进速度才可以获得直径细而均匀的纤维.通过对PAN/HBP复合超细纤维的氨基含量测试和FTIR分析,进一步证实了PAN/HBP复合纤维表面和内部氨基的存在.     

氧化亚铜内嵌碳纳米管复合球的合成及光催化性能研究

采用溶液法原位制备了氧化亚铜内嵌碳纳米管(Cu2O/MWNTs)复合球.通过扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),紫外光度分析仪对复合球进行了形貌分析和性能检测.结果表明:碳纳米管均匀嵌镶在Cu2O球内部;比较了Cu2O和氧化亚铜内嵌碳纳米管(Cu2O/MWNTs)复合球对对硝基苯酚的光催化效果,Cu2O...     

高剪切分散对多壁碳纳米管/VARTM用环氧树脂导电性能的影响

采用高剪切工艺促进了多壁碳纳米管(MWNTs)在环氧树脂(EP)中的分散,借助真空辅助树脂传递模塑技术(VARTM)制备出MWNTs/EP复合材料试样,并研究在制备过程中采用不同高剪切工艺参数对复合材料导电性能的影响.结果表明,在一定范围内,随着高剪切时间或转速的增加,复合材料的导电性能呈现先升高后降低的趋势.在高剪切处理时间30min和转速22 000r/min时分别达到了高剪切时间和转速的最佳分散阈值,当MWNTs的添加量仅为1.5%时,EP的表面电阻率可以降低约5个数量级,但继续增加高剪切的时间或转速,复合材料的导电性能均出现劣化.同时运用扫描电镜(SEM)表征了多壁碳纳米管在环氧树脂中的分散情况.     

热处理对多壁碳纳米管储氢性能的影响

文章采用容量法测量在常温下压力升高到10 MPa时,多壁碳纳米管的吸附储氢性能,分析了热处理对碳纳米管的结构和吸附储氢量的影响。采用透射电镜(TEM)、激光拉曼光谱(Raman)和低温N2吸附(BET)对碳纳米管的微观结构进行表征。结果发现,热处理能明显地提高碳纳米管的石墨化程度,热处理后碳纳米管的质量储氢容量从原来的1.90%升高到2.17%。     

多壁碳纳米管——聚乙二醇复合材料缓释氧氟沙星

 作为第3代氟诺酮类合成抗菌药,氧氟沙星的抗菌谱广、抗菌活性强、口服吸收完全、体内分布广、生物利用度高.但氧氟沙星有效抑菌浓度低,对多数致病菌的MIC₉₀在1μg·mL^-1内,因此制备更为安全有效的氧氟沙星缓释制剂十分必要.本文采用微波辅助硝酸氧化法修饰了多壁碳纳米管引入羧基,制备了氧化多壁碳纳米管.在对甲苯磺酸催化下,以聚乙二醇修饰了氧化多壁碳纳米管,制备了分散性能较好的多壁碳纳米管-聚乙二醇复合材料.以多壁碳纳米管-聚乙二醇复合材料为药物载体、氧氟沙星为模型药物,考查了多壁碳纳米管-聚乙二醇复合材料的载药释药性能.研究结果表明：多壁碳纳米管-聚乙二醇复合材料具有较大的载药率,达92.8%;在磷酸缓冲溶液(pH=7.4)中,24h内可持续稳定缓慢释放氧氟沙星.     

纺丝溶液的挤出对聚丙烯腈初生纤维表面形态的影响

采用旋转流变仪并结合Tanner黏弹性流体挤出胀大方程研究了剪切对聚丙烯腈/二甲基亚砜(PAN/DMSO)溶液挤出胀大的影响,用原子力显微镜(AFM)研究了挤出速度对PAN初生纤维表面粗糙度的影响规律。结果表明：随着挤出速度的增大,体系的挤出胀大比逐渐增大,当挤出速度大于90m/h时,挤出胀大比的变化出现拐点,增大的趋势变缓;聚合物大分子链的回复是初生纤维表面形貌形成的主要原因,湿法纺丝过程中,挤出速度低于90m/h时初生纤维表面粗糙度随着挤出速度增加而减少,在较高挤出速度时,随着挤出速度增加而增加;干湿法纺丝初生纤维的表面粗糙度明显低于湿法纺丝,并且随挤出速度的增加而增大。     

Electrochemical hydrogen storage of aligned multiwalled carbon nanotubes

Hydrogen storage of aligned multi-walled carbon nanotubes (a-MWNTs),non-aligned MWNTs(n-MWNTs) and graphite electrodes are studied by the electro-chemical measurements .The electrodes are prepared by mixing carbon nanotubes (CNTs) copper powder and ptfe binder in a weight ratio of 1:5:3 and compressing the mixture into porous nickel collector,The results show that the electrochemical hydrogen storage capacity of the a-MWNT electrode is up to 1625 mAh/g corresponding to a high hydrogen storage of 5.7 wt% ,which is 10 times that of graphite electrode and is 13 times that of n-MWNT electrode, suggesting that a-MWNTs are promising materials for electrochemical hydrogen storage.