最近几年内, 纳米碳材料因其具有良好的物化性质, 而获得了人们的广泛关注。截至今日, 碳纳米管已经经历了二十多年的发展历程, 这一材料生产成本低, 可以进行大规模生产, 还具有良好的热稳定性, 在学术界也引起了研究人员的广泛关注。相关于碳纳米管的研究论文也在逐年递增, 特别是在进入本世纪后, 碳纳米管研究迎来了快速发展的时期。但是碳纳米管应用过程中还是出现了很多的问题, 只有有效的解决了这些问题才能进一步推广这一材料的应用。当前解决的主要方法是对碳纳米管进行功能化处理, 实现对其化学性质和物理性质等的提升。功能化碳纤维/聚苯胺复合材料就是基于这种需求产生的一种新型材料, 它能够增强碳纳米管与其他物质间的相互作用, 并提高其在溶剂中的分散性, 进一步推广应用范围。本文就对功能化碳纤维/聚苯胺复合材料进行了一定的研究, 希望能够促进这一复合材料的应用。
1 功能化碳纤维/聚苯胺复合材料结构与性能
碳纳米管从性质上来看属于由石墨烯构成的管状结构, 其中的碳主要通过sp2杂化的形式存在, 从而形成了一个独特的电子结构。按照碳纳米管中碳的的卷曲方向, 可以将其分为三种类型, 分别是锯齿型、扶手椅型和螺旋型。根据其中管壁石墨层中的层数, 可将其分为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管三种类型。碳纳米管的直径范围在几埃到几百纳米之间, 管径长度在微米级。当前已经有研究人员制备出了20cm的双壁碳纳米管。
2 功能化碳纤维/聚苯胺复合材料的制备方法
功能化碳纤维/聚苯胺复合材料的制备方法主要受到其性质的影响。当前制备碳纳米管的方法主要是电弧放电法。
最早的电弧放电方法是用于制备富勒烯的, 由于这种方法能够高效的制备大量的富勒烯, 因此逐渐引起了人们的广泛关注。随后就要研究人员利用这种方法来制备碳纤维, 在这一过程中, 偶然发现了发现了碳纳米管。电弧放电法的具体过程如下:首先将石墨电极放在装有惰性气体的容器中, 这时需要确保两个电极的间距在1mm左右, 然后通入20V左右的电压, 电流会从50 逐渐增大为100A, 在电流增大的过程中, 两个电极之间会产生电弧, 电弧温度最高可以达到3000oC。在高温的作用下, 石墨会蒸发, 并产生各种类型的产物, 包括富勒烯、碳纳米管等。这种制备方法的优点在于采用的技术十分简单, 但是制备得到的碳纳米管纯度较低, 且碳纳米管中经常混杂着较多的多壁碳纳米管。这一方法的另一个显著的缺陷在于能耗大, 大规模制备时的成本较高。此外, 这种方法制备的产量容易受到电流密度、惰性气氛、电极状况的影响。
3 功能化碳纤维/聚苯胺复合材料的应用
功能化碳纤维/聚苯胺复合材料具有良好的性质, 因此在生物、医学、催化、传感器等诸多领域有着较好的应用效果。
碳纳米管中包含高分子的结构, 经过一定的处理可以制备性能良好的复合材料。功能化碳纤维/聚苯胺复合材料性能主要受到其的负载量的影响。而只要进行一定的功能化处理就可以调整和改变复合材料中的负载量。在进行了功能化处理后, 碳纳米管的分散性明显有所提升, 此外碳纳米管与复合材料的结合可以确保其产品的机械性能。例如, 通过1, 3 加成反应、酯化反应等进行功能化反应, 可以一些性能优良的复合材料, 这些材料在有机溶剂和水中都能进行有效的溶解。
4 结语
综上所述, 对碳纳米管进行功能化, 制备得到的功能化碳纤维/聚苯胺复合材料可以作为催化剂或载体等在许多领域进行有效的应用。在日后的研究中, 可以将研究的重点放在纳米碳催化反应方面, 并对其催化效果进行实验确认。此外, 相关研究人员也可以研究对碳纳米管进行功能化操作的新途径, 并进一步加强碳纳米管中基团单一性研究, 对其表面功能基团进行更加定量的测试。
摘要：碳纳米管在结构上的特点以及其良好的物理化学性质使得其许多领域都受到了广泛的关注, 尤其是在催化和复合材料领域已经得到了一定的应用。但是碳纳米管自身也具有一些性质上的缺陷, 如化学惰性和易团聚等, 使导致其不易与其它物质进行反应, 也难以溶解于溶剂中, 影响了碳纳米管的进一步推广应用。为了解决碳纳米管在性质上的这些缺陷, 通常采用的方法是对其进行功能化的处理。除了上述的这些缺陷外, 碳纳米管在催化反应中, 由于其表面官能团种类和数目的波动性, 导致其功能的发挥受到了到较大的局限;而碳纳米管纳米粒子结合成为复合材料时, 其表面官能团的性质也会对纳米粒子的分散产生一定的影响。本文功能化碳纤维和聚苯胺形成的复合材料能够较好的改善上述的这些缺陷, 因此, 本文主要对这一复合材料的性质和制备方法进行了研究。
关键词：功能化碳纤维,聚苯胺,复合材料
参考文献
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