《聚合物分子對碳納米管的螺旋纏繞及其相互作用本質》是依託清華大學，由謝續明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：聚合物分子對碳納米管的螺旋纏繞及其相互作用本質
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：謝續明
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬使用具有不同分子結構和不同構象的聚合物，探討聚合物分子和碳納米管之間的相互作用本質，澄清聚合物分子以不同構象和形態、螺旋纏繞包覆碳納米管的原因。選用和合成製備可以與碳納米管進行化學作用或物理作用的具有不同特點的聚合物分子，如帶有特點官能團、嵌段或接枝聚合物、支化或梳狀聚合物，天然呈螺旋構象的聚合物以及結晶時呈螺旋構象的聚合物，深入研究這些聚合物和碳納米管之間的相互作用和包覆形態，理解聚合物分子在纏繞碳納米管時左螺旋或右螺旋形成的誘因，從中發現它們之間相互作用的本質，為碳納米管的穩定分散和功能化器件的製備以及在高分子工程材料中的套用奠定重要基礎；並可控制碳納米管的修飾，為通過聚合物自組裝實現碳納米管在高分子中的可控排列以致陣列化上提供新思路和新方法
結題摘要
納米材料的研究是本世紀以來材料科學中的前沿和焦點之一，碳納米管是納米材料中最富有代表性的一種。碳納米管具有特殊的結構，優良的力學和電學性能，在許多領域都具有潛在的套用前景。但是由於碳納米管管間巨大的范德華力和極高的長徑比，碳納米管很容易聚集成束存在，難以分散在溶劑中，極大地限制了它的套用。聚合物是廣泛使用的一類材料，具有種類豐富、性能各異、結構可控等特點。用聚合物來對碳納米管進行分散、修飾，是解決碳納米管套用問題的一個可行方法，受到很大的關注。 在本項目研究中，我們首先研究了製備碳納米管-聚合物複合物過程中混合時間對複合物穩定性的影響，發現只有在長時間超聲的作用下，碳納米管才能通過聚合物的螺旋纏繞包覆實現在溶劑中的有效和穩定分散。時間較短時，聚合物分子鏈可能僅是被單純吸附於碳納米管表面，一定時間後由於解吸附而使分散效果下降。為了研究碳納米管與聚合物之間相互作用對聚合物分子鏈包覆碳納米管的影響，引入了多種不同的相互作用：共價鍵、氫鍵、π-π共軛作用以及范德華力。在不同類型的相互作用體系中，聚合物都和碳納米管形成了碳納米管-聚合物複合物，在溶劑中的分散具有良好的穩定性。而且在高分辨透射電鏡的表征中可以發現，聚合物分子鏈形成了規則的螺旋結構纏繞著碳納米管。 另外，在碳納米管-聚合物複合物中，聚合物分子鏈熵變的重要性也是本研究的關注點。通過使用不同分子量的聚苯乙烯包覆碳納米管研究了熵變及相應的構象調整對於穩定分散碳納米管的重要性，研究結果表明，聚合物分子鏈越柔性越利於其在碳納米管上的包覆。 碳納米管以外，二維納米材料，包括石墨烯和無機石墨烯類似物，同樣具有優異的電學、熱學和力學性能，可以在高性能聚合物基複合材料中展現其無窮魅力。進一步的研究首先從二維納米材料最具代表性的例子石墨烯出發，設計了具有特殊結構的嵌段共聚物使其通過π-π堆疊或異相成核與結晶和石墨烯發生強相互作用，實現了石墨烯的非共價改性。通過二價金屬離子配位的方法組裝出具有極高的導電性和透過率的碳納米管/石墨烯雜化網路結構，可媲美ITO透明導電薄膜，具備了取代ITO成為新一代柔性透明導電薄膜的潛能。 最後將二價金屬離子的配位方法推廣到無機石墨烯類似物中，利用其豐富的配位原子(S、O和N)與聚合物配體配位，利用配位方法構造出強的填料/聚合物基體間的界面相互作用，從而製備出高強度無機石墨烯類似物/聚合物基複合材料。
