磁场诱导碳纳米管定向排列

本申请针对直接生长有序排列碳纳米管（CNT）方法中存在难除杂、难打开CNT端帽等问题。提出采用先修饰后排列的间接制备法实现CNT定向排列。具体操作是先用磁性纳米粒子（MNP）修饰CNT，同时为了保证修饰后CNT具有良好的分散性，二者之间拟用聚合物分子通过共价键连接，即聚合物分子链的一端和MNP相连，另一端和CNT相连。修饰后的CNT溶液再在外磁场作用下实现CNT定向排列，并系统研究各种影响因素对CNT定向排列的影响。定向排列后的CNT待溶剂挥发后，通过聚合物的粘接作用被固定在基片上。此外，还将尝试将聚合物碳化，利用聚合物碳化后的碳固定基片上定向排列的CNT，并用稀酸处理除去MNP，获得在基片上高度分散且有序排列的纯净CNT。本申请项目研究有望制备出适用于微电子器件及传感器的CNT阵列，有一定的理论和实际意义。

本项目研究紧紧围绕碳纳米管（CNTs）修饰、排列、自组装等方面展开，具体研究结果包括（1）CNTs阵列、排列及其应用，（2）CNTs的聚合物修饰及CNTs/聚合物共组装，（3）基于CNTs生物传感器的构建，（4）CNTs/聚合物杂化凝胶制备研究，（5）其它拓展研究。.首先，采用溶剂挥发诱导自组装方法大面积制备图案化CNTs阵列，该图案化的CNTs阵列可直接用于构筑场发射晶体管，所构筑的15个晶体管中有9个具有典型的p型场发射晶体管特性。此外，我们利用Au-S键作用将苯硫酚修饰的CNTs排列至金电极表面，构建汞离子传感器，其线性检测范围为5-90nM，检测限为3.0nM。.第二，我们提出了核交联聚合物胶束共价修饰CNTs的方法，该方法是基于CNTs共价修饰(f-CNTs)和共聚物自组装。在共聚物/f-CNTs混合物的溶液中，接枝到CNTs 表面的共聚物链与溶液中的自由聚合物链可发生共组装，经过乙二胺交联后聚合物胶束固定在CNTs表面。此外，我们还采用乳液聚合方法对CNTs进行修饰，以十二烷基苯磺酸钠为乳化剂合成了聚甲基丙烯酸甲酯共价修饰的CNTs。.第三，我们分别用CNTs/三聚氰胺复合物以及CNTs/环糊精接枝物修饰玻碳电极（GCE），构建了两种双酚A（BPA）传感器，前者的检测线性范围为10.0nM-40.8μM，检测限为5.0nM；后者的检测线性范围为10.8nM-18.5μM，检测限为1.0nM。此外，我们采用NiO/CNTs复合纳米带修饰GCE，构筑葡萄糖无酶传感器，其检测线性范围为0.5-1300μM，检测限为56nM。.最后，我们分别合成含苯硼酸和含双羟基侧基的聚合物，通过聚合物苯硼酸基团和双羟基基团之间的可逆反应，制备智能聚合物凝胶，该聚合物凝胶具有良好的pH响应性和自愈合性能。在此基础上，我们将含双羟基侧基聚合物接枝到CNTs表面，并将其加入到上述聚合物凝胶体系中，制备智能CNTs/聚合物杂化凝胶，结果表明CNTs能够大幅度提高聚合物凝胶的强度。此外，我们用所制备的NiO/C杂化纳米带修饰GCE，构筑葡萄糖无酶传感器，其检出低限可达9.1 nM。