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聚乙烯醇/碳纳米管纳米纤维毡的制备及其自组装研究

作　者: 戚杨帆
导　师: 邱夷平
学　校: 东华大学
专　业: 纺织材料与纺织品设计
关键词: 多壁碳纳米管聚乙烯醇纳米纤维毡自组装异相成核结晶
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着静电纺丝技术的发展,它已经成功地制备出了结构多样的纳米材料。碳纳米管(CNTs)由于其自身优异的性能正逐渐被应用到静电纺丝中以制备更多样的复合纳米材料。同时,CNTs在透明导电薄膜领域的应用也受到了广泛的关注,将简便有效的静电纺丝技术与CNTs相结合能够为该类薄膜的制备提供一种新的方法,并且具有许多明显的优势。本文采用多壁碳纳米管(MWNTs)与聚乙烯醇(PVA)作为静电纺丝材料制备了PVA/MWNTs复合纳米纤维,并通过浸水润湿的方法使所得的PVA/MWNTs复合纳米纤维毡发生自组装,从一张多孔的纳米纤维毡转变为一张致密的透明复合膜,并系统地探讨了该自组装现象产生的机理所在,主要内容包括：1.采用风干的方法讨论了MWNTs经酸化后所得的MWNTs-COOH和MWNTs-OH分别在水中的分散效果,并通过多组实验分别研究了两者与棉布和PVA的相互作用,证明了MWNTs-COOH比MWNTs-OH与水分子的结合作用更强,从而MWNTs-OH更易脱离水分子的束缚与棉纤维和PVA之间产生氢键作用,因此选择MWNTs-OH作为进一步实验的材料。2.采用静电纺丝制备了PVA/MWNTs-OH复合纳米纤维,分别通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和差热扫描量热法(DSC)等手段讨论了PVA浓度和MWNTs-OH添加量对复合纳米纤维形貌和热学性能的影响,获得最佳的纺丝条件是PVA的浓度为10%和MWNTs-OH的添加量为2.5mg/ml。同时发现对于复合纳米纤维的分解温度,MWNTs-OH的添加量存在一个临界值。3.将PVA/MWNTs-OH纳米纤维毡放到水中使其发生自组装,详细描述了该毡遇水收缩变小,且逐渐变透明,最终形成一张致密的透明薄膜的自组装现象。通过多组实验、X射线衍射测试(XRD)和SEM等手段分别从宏观和微观角度探讨了自组装膜的质量和厚度不变、多层致密结构、收缩率可控、透光率可控、塑形可控和结晶度变化等特点。从多种薄膜遇水即溶的情况,深入研究了自组装的条件主要是与纳米纤维毡的结构特性、MWNTs-OH的特性和添加量和PVA的水溶特性有密切的关系。4.结合实验结果和相关理论研究,推断自组装的过程包括五步骤：①PVA/MWNTs-OH纳米纤维毡吸水润湿；②PVA吸水溶胀；③MWNTs-OH引导PVA在其表面形成结晶层；④MWNTs-OH带动包裹于其表面的PVA一起团聚；⑤VA/MWNTs-OH复合体系达到最低能量状态,自组装完成。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
第一章绪论  10-29
  1.1 概述  10
  1.2 静电纺丝技术  10-15
  1.3 碳纳米管  15-28
  1.4 论文研究内容  28-29
第二章碳纳米管的分散及其纺丝液的制备  29-38
  2.1 实验部分  29-31
  2.2 碳纳米管的选择  31-35
  2.3 聚乙烯醇/碳纳米管的静电纺丝液的制备  35-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章聚乙烯醇/碳纳米管纳米纤维的制备及其性能研究  38-51
  3.1 实验部分  38-39
  3.2 聚乙烯醇浓度对纳米纤维形态的影响  39-42
  3.3 碳纳米管添加量对纳米纤维形态的影响  42-46
  3.4 碳纳米管添加量对纳米纤维的热学性能和结晶度的影响  46-50
  3.5 本章小结  50-51
第四章聚乙烯醇/碳纳米管纳米纤维毡的自组装研究  51-77
  4.1 实验部分  51-53
  4.2 自组装的现象  53-54
  4.3 自组装的特点  54-66
  4.5 自组装的条件  66-75
  4.6 自组装的过程  75-76
  4.7 本章小结  76-77
第五章结论与展望  77-82
  5.1 结论  77-78
  5.2 不足之处  78-82
参考文献  82-94
已发表的论文  94-96
致谢  96

聚乙烯醇/碳纳米管纳米纤维毡的制备及其自组装研究

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