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电弧法单壁碳纳米管的纯化及其改性丁苯橡胶的研究

作　者: 李林
导　师: 贾红兵
学　校: 南京理工大学
专　业: 材料学
关键词: 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
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

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％，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。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 碳纳米管简介  8-11
    1.1.1 单壁碳纳米管的结构  8-9
    1.1.2 碳纳米管的制备  9-10
      1.1.2.1 电弧法  9
      1.1.2.2 激光蒸发法  9-10
      1.1.2.3 化学气相沉积法  10
    1.1.3 单壁碳纳米管的性质  10-11
  1.2 碳纳米管的纯化  11-13
    1.2.1 液相氧化法  11-12
    1.2.2 空间排斥色谱法  12
    1.2.3 离心微过滤法  12
    1.2.4 气相反应法  12-13
    1.2.5 液相氧化—离心分离复合法  13
  1.3 碳纳米管/聚合物复合材料  13-17
    1.3.1 碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法  13-14
      1.3.1.1 溶液共混法  13
      1.3.1.2 熔融共混法  13-14
      1.3.1.3 原位聚合法  14
      1.3.1.4 其他方法  14
    1.3.2 碳纳米管/橡胶复合材料的性质  14-17
  1.4 本文的主要研究内容  17-18
2 单壁碳纳米管的纯化  18-35
  2.1 引言  18
  2.2 实验部分  18-20
    2.2.1 实验仪器及药品  18
    2.2.2 arc-SWNTs的纯化过程  18-19
    2.2.3 性能测试  19-20
      2.2.3.1 TG测试  19
      2.2.3.2 TEM测试  19
      2.2.3.3 SEN测试  19
      2.2.3.4 Raman测试  19
      2.2.3.5 红外光谱测试  19-20
      2.2.3.6 紫外可见近红外光谱测试  20
  2.3 结果与讨论  20-33
    2.3.1 电弧法制备的SWNTs的纯度表征  20-24
      2.3.1.1 扫描电镜表征  20
      2.3.1.2 热重分析  20-21
      2.3.1.3 紫外可见近红外吸收光谱表征  21-22
      2.3.1.4 拉曼光谱表征  22-23
      2.3.1.5 红外光谱表征  23-24
    2.3.2 酸化过程对SWNTs的纯度的影响  24-27
      2.3.2.1 热重分析  24-25
      2.3.2.2 拉曼光谱表征  25-26
      2.3.2.3 扫描电镜表征  26-27
      2.3.2.4 红外光谱表征  27
    2.3.3 离心过程对SWNTs纯度的影响  27-33
      2.3.3.1 紫外可见近红外吸收光谱表征  27-31
      2.3.3.2 拉曼光谱表征  31-33
      2.3.3.3 透射电镜表征  33
  2.4 本章结论  33-35
3 单壁碳纳米管/丁苯橡胶复合材料  35-47
  3.1 引言  35
  3.2 实验部分  35-37
    3.2.1 实验仪器  35
    3.2.2 药品  35
    3.2.3 SWNTs/SBR复合材料的制备  35-36
    3.2.4 SWNTs/SBR复合材料样品测试  36-37
      3.2.4.1 拉伸性能测试  36
      3.2.4.2 硬度测试  36
      3.2.4.3 TG测试  36
      3.2.4.4 拉伸表面形态测试  36
      3.2.4.5 交联密度测试  36-37
      3.2.4.6 红外吸收光谱测试  37
      3.2.4.7 拉曼光谱测试  37
  3.3 结果与讨论  37-46
    3.3.1 不同SWNTs含量对SWNTs/SBR复合材料性能的影响  37-40
    3.3.2 不同SWNTs含量对SWNTs/SBR硬度的影响  40
    3.3.3 不同SWNTs含量对SWNTs/SBR交联密度的影响  40-41
    3.3.4 SWNTs/SBR复合材料的热学性能  41-42
    3.3.5 SWNTs/SBR复合材料的拉伸断裂形态  42-44
    3.3.6 SWNTs/SBR复合材料红外吸收光谱  44
    3.3.7 SWNTs/SBR复合材料拉曼光谱  44-46
  3.4 本章结论  46-47
4 结论  47-49
  4.1 本课题主要结论  47
  4.2 本文特色  47
  4.3 尚待进一步研究的问题  47-49
致谢  49-50
参考文献  50-53

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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