碳纳米管表面处理与分散的研究

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1、硕士学位论文碳纳米管表面处理与分散的研究作者姓名许鹏学科专业材料学指导教师谢平波副研究员所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月StudyonsurfacetreatmentanddispersionofcarbonnanotubesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XuPengSupervisor：AssociateProf.XiePingBoSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要碳纳米管具有独特的结构与优良性质，但是过高的长径比与碳

2、纳米管不溶于绝大多数溶剂以及碳纳米管之间的相互作用力使得碳纳米管往往团聚在一起，这影响了碳纳米管的性质并且限制了碳纳米管的应用范围。本论文按照润湿、分散、稳定三个步骤对碳纳米管进行分散。重点研究如何改善碳纳米管在水中与N-甲基吡咯烷酮中的润湿性的方法，并且探索超声分散工艺参数和添加不同分散剂对碳纳米管分散效果的影响。通过紫外可见分光光度计和扫描电子显微镜等测试手段对碳纳米管在溶液中的分散性进行评估。同时探索制备高浓度碳纳米管浆料的方法。通过实验发现，经过体积比为3:1的硫酸过氧化氢混合溶液回流处理后的碳纳米管具有最高的热稳定性并且在水中润湿性最好。超声波处理会给碳管带来损伤，

3、当超声功率选择为8kw超声时间选择为5分钟时能够分散碳纳米管。表面活性剂在水中能够有效的分散碳纳米管，具有相同结构与亲水基的表面活性剂分散碳管能力随着疏水基链长的增大而增大。当表面活性剂中含有苯环结构时能够提高表面活性剂对碳管的分散能力。但分散碳管能力并不随着苯环结构的数量增长而增长。在实验所用分散剂中曲拉通X-405分散碳纳米管能力最强。碳纳米管在经过过氧化氢回流处理后在N-甲基吡咯烷酮中润湿良好。非离子型表面活性剂和含有酰胺键的分散剂在N-甲基吡咯烷酮中能够有效的分散碳纳米管，其中曲拉通X-405在N-甲基吡咯烷酮也显示了最佳分散碳纳米管的能力。在制备高浓度碳纳米管浆料时

4、，先预混后研磨是大规模生产碳纳米管浆料的重要的手段，可以制备得到5wt%的碳纳米管浆料。关键词：碳纳米管；表面处理；分散；高浓度IAbstractCarbonnanotubeshaveuniquestructureandexcellentproperties,butthehighaspectratioandtheinabilitytodissolveinmostsolventsandthemutualattractionbetweencarbonnanotubesmakecarbonnanotubesagglomeratetogether,whichaffectsthepro

5、pertiesandtheapplicationofcarbonnanotubes.Carbonnanotubesaredispersedinthreesteps:wetting,dispersionandstabilization.ThethesisfocusesonhowtoimprovethewettabilityofcarbonnanotubesinwaterandN-methylpyrrolidone.Thethesisexplorestheeffectsofultrasonicparametersandtheadditionofdifferentdispersan

6、tsonthedispersionofcarbonnanotubes.ThedispersionstabilityofcarbonnanotubesisevaluatedbyUV-visiblespectrophotometerandscanningelectronmicroscope.Thethesisalsostudiesthemethodforpreparinghigh-concentrationcarbonnanotubes.Accordingtotheexperimentalresults,itisfoundthattheselectedcarbonnanotube

7、shadthehighestthermalstabilityandthebestwettabilityinwaterafterrefluxtreatmentwitha3:1volumeratioofsulfuricacidandhydrogenperoxide.Ultrasonictreatmentwilldamagethecarbonnanotube.Whentheultrasonicpowerisselectedas8kwandultrasonictimeisselectedas5minutesca