新型多层功能化碳纳米管薄膜的制备方法及其机理研究

本项目拟通过疏水链接枝改性聚天门冬氨酸和壳聚糖，在不同的氨基酸溶液中分别溶解改性的聚天门冬氨酸(PASP)和改性壳聚糖(CS)制备均一的PASP溶液和CS溶液。将碳纳米管(CNT)分散在PASP溶液和CS溶液中，通过PASP和CS 与碳纳米管的吸附作用分别制备功能化碳纳米管(PSAP/CNT)及功能化碳纳米管(CS/CNT)。利用所制备的功能化碳纳米管，通过逐层组装法制备新型多层碳纳米管薄膜【(PASP/CNT-CS/CNT)n】。如此制备多层功能化碳纳米管薄膜是本项目的创新之一。本项目拟研究不同氨基酸溶液对碳纳米管分散及聚合物吸附的影响及调节机理；揭示PASP与CNT及CS与CNT的作用机理；揭示多层功能化碳纳米管膜组装过程中（PASP/CNT）与（CS/CNT）的作用机理。

通过疏水链接枝改性聚天门冬氨酸和壳聚糖，制备了可溶性改性壳聚糖及改性聚天门冬氨酸。利用改性壳聚糖及改性聚天门冬氨酸所带有的疏水长链与碳纳米管表面的疏水作用，使改性壳聚糖及改性聚天门冬氨酸吸附在碳纳米管表面。改性壳聚糖及改性聚天门冬氨酸功能化碳纳米管在水溶液分散性较好。通过紫外可见光吸收谱图，傅里叶红外，拉曼，X射线光电子能谱，圆二图谱分别研究了改性壳聚糖及改性聚天门冬氨酸与碳纳米管的相互作用。改性壳聚糖与碳纳米管的相互作用受温度及溶液pH值的影响。温度升高不利于壳聚糖与碳纳米管的相互作用。pH7.0为壳聚糖与碳纳米管的相互作用的最适pH值。改性聚天门冬氨酸功能化碳纳米管在水溶液的分散性受到溶液 pH 值的影响。在中性及碱性溶液中，由于聚天门冬氨酸失去质子而使得聚天门冬氨酸主链带负电，聚天门冬氨酸间的排斥作用使得功能化碳纳米管在水溶液中获得了较好的分散性。改性聚天门冬氨酸的疏水碳链与碳纳米管表面相互作用，这种相互作用降低了因聚天门冬氨酸分子间疏水作用引起的聚集，碳纳米管表面被聚天门冬氨酸的主链覆盖。功能化碳纳米管在有机溶剂中的均匀分散有利于制备性能优良的碳纳米管薄膜材料。研究结果表明可以通过糖基表面活性剂亲水头部与碳纳米管表面的含氧基团发生氢键作用可实现氧化的碳纳米管由水相到有机相的传递；使得碳纳米管能够在多种有机溶剂中得到很好的分散。糖基表面活性剂功能化碳纳米管可以在氨基酸水溶液中进行。氨基酸可调解表面活性剂在碳纳米管表面的自主装构象及聚集数量，从而影响功能化碳纳米管的分散性及生物识别性能。功能化碳纳米管在基体中的分散性可进一步影响功能化碳纳米管复合薄膜材料的性能。为了提高碳纳米管在薄膜材料中的分散性，采用不同的分散剂制备了功能化碳纳米管。采用液相共混与原位聚合相结合的方法制备了功能化碳纳米管复合薄膜材料。研究考察了功能化碳纳米管薄膜材料力学性能及导热性能的重要影响因素。研究结果表明功能化碳纳米管在有机基体中得到很好的分散，通过反应生成的化学键可提高碳纳米管与有机基体之间的结合力。功能化碳纳米管与薄膜基体之间界面结合力较强，有利于碳纳米管承担负荷，提高薄膜材料的力学性能。功能化碳纳米管有机复合材料中的添加可提高薄膜材料的导热性能。功能化碳纳米管与有机材料间的界面作用对薄膜材料的导热性能有重要影响。