电弧法单壁碳纳米管的纯化及其改性丁苯橡胶的研究

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1、硕士学位论文I乜弧法单壁碳纳米管的纯化及】￡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

2、酸化的过程有效除去了arc—SWNTs中的会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l％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％，M100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。关键

3、词：单壁碳纳米管，酸化，离心分离，丁苯橡胶，力学性能，热稳定性能硕士学位论文电弧法甲-壁碳纳米管的纯化及其改性丁苯橡胶的研究ABSTRACTBecauseoftheiruniqueStnlctUreandsignificantadvantages，suchasstrongmechanicalproperties，highthermalstability，electricalandmagneticpropegies，carbonnanomlⅪshaveattractedconsiderableattentio

4、nsincebeingdiscovered．111cnovel1-Dllanometersize谢t}lhiglltensilestrengthandmodulusmakesSWNTsagoodcandidatefurproducingreinforcedcompositewithvariousmatrics．TllisstudywasfocusedOnthepurificationofarc—SWNTsandtheapplicationofSWNTsasreinforcementforSBR．Awetch

5、emistryprocedurewhichcoupledHN03oxidationandadispe格ion-centrifugationcyclewasappliedtothedissolutionandpurificationofas—preparedarc-SWNTs．ItwasvalidatedthatHN03oxidationtreatmenteffectivelyremovedmostoftheamorphouscarbonandmetalparticles，andgeneratedlittle

6、hydrophilicgroupsuchascarboxylandhydroxylonthesurfacesofSWNTs．Thesolublesamplewasfraetionatedviaadispersion-eentrifugationcycle，carbonnano—particleswereremovedandhighlypureandwell—separatedSWNTsweresuccessfullyobtainedinthemiddlefraction．SWNTsreinforcedthe

7、mechanicalpropertiesofSBRobviously．TheSWNTs／SBRcompositewithlwt％SWNTsexhibitedthebestmechanicalproperties．ComparingtopureSBR，itstensilestrengthimprovedbY54％，Miooandrigiditywerereinforcedrespectivelyby30％and15％．ItWasalsofoundthatsmallamountofSWNTsaccelerate

8、dthedegradationtemperatureofSBRandthereforetheyimprovethestabilityofSBRinair．Keywords：Single—wailedcarbonnanotubes，Acidoxidation，Dispersion—separation，SBR，Mechanicalproperty，Thermalstability¨声明本学位论文是我在导师的指导下取