無溶劑納米流體的制備及其結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、傳統(tǒng)意義中,在沒有溶劑存在的條件下,無機(jī)納米粒子只有在熔融溫度以上才能呈現(xiàn)流體狀態(tài),一般熔融溫度達(dá)1000℃以上。而無溶劑納米流體,一般在室溫或低溫(<200℃)下,就可以流動,從而提高了納米粒子的可操作性。同時,納米粒子在空間分布上保持了納米粒子固有的物理、化學(xué)性能。無溶劑納米流體能解決納米粒子團(tuán)聚的問題,充分發(fā)揮納米粒子的特殊效應(yīng),可以實現(xiàn)許多新的功能化性能(例如電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和生物特性等),從而具有廣泛的應(yīng)用前景。本論文在分析納

2、米粒子表面特性的基礎(chǔ)上,制備了一系列無溶劑納米流體,并研究了結(jié)構(gòu)與性能,其主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)通過三嵌段共聚物聚氧乙烯醚-聚氧丙烯醚-聚氧乙烯醚(PPP)與羧基化碳納米管的氫鍵及位阻作用,得到室溫下為蠟狀固體,而加熱到45℃條件下具有流體行為的碳納米管/PPP無溶劑納米流體。其中碳納米管含量為26wt％,接枝密度為390個碳原子含有一個三嵌段共聚物,60℃條件下展現(xiàn)了一種具有粘彈性的牛頓流體行為。
　　(2)通過納

3、米粒子金修飾碳納米管,而后采用三嵌段共聚物進(jìn)行改性,制備了碳納米管/Au/PPP無溶劑納米流體。其中碳納米管/Au/PPP無溶劑納米流體中的復(fù)合納米粒子含量為23wt%。雜化納米材料室溫下為蠟狀固體,加熱到45℃條件下則為膠狀熔融態(tài)軟物質(zhì),是以彈性為主的具有粘彈性的軟物質(zhì)。將碳納米管/Au/PPP無溶劑納米流體分散在水中,可以穩(wěn)定放置數(shù)月,而沒有肉眼可見的沉淀發(fā)生。
　　(3)利用氧化硅溶膠納米粒子修飾羧基化碳納米管,再采用三嵌段

4、共聚物進(jìn)行改性,制備了碳納米管/SiO2/PPP無溶劑納米流體。其中復(fù)合納米粒子含量為31wt%。碳納米管/SiO2/PPP無溶劑納米流體室溫下為蠟狀固體,但加熱到45℃時,具有流體行為。可以多次循環(huán)加熱與冷卻。將碳納米管/SiO2/PPP無溶劑納米流體分散在水中,放置不同時間,進(jìn)行紫外可見光測試,發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度變化不大,說明具有較好的分散性。導(dǎo)電測試結(jié)果與計算顯示,碳納米管/SiO2/PPP無溶劑納米流體在水中的滲流閾值為4.44vol%

5、。
　　(4)以丙烯酸甲酯和二乙醇胺為原料通過Michael加成反應(yīng)制得N,N-二羥乙基-3-胺基丙酸甲酯單體,通過元素分析和1H-NMR對其進(jìn)行測定,結(jié)果證明成功合成了單體。以三羥甲基丙烷為核分子,將合成單體作為AB2型分子,按照合適比例,采用“一步法”合成不同代數(shù)超支化聚(胺-酯)(HPAE)。通過紅外光譜、羥值、1H-NMR表征,結(jié)果證明合成的產(chǎn)物具有超支化聚(胺-酯)結(jié)構(gòu)。采用二代超支化聚(胺-酯)改性酸化碳納米管,制備了

6、室溫下具有流體行為的碳納米管/HPAE無溶劑納米流體。超支化聚(胺-酯)的接枝密度為碳納米管上的30個碳原子上接枝有一個超支化聚(胺-酯)分子,碳納米管/HPAE無溶劑納米流體是以粘性占主導(dǎo)地位的近牛頓流體,在超支化聚(胺-酯)的良溶劑中分散性良好,而在超支化聚(胺-酯)的不良溶劑中分散性較差,很快出現(xiàn)肉眼可見沉淀。而沒有經(jīng)過酸化處理的碳納米管,直接采用相同工藝進(jìn)行超支化聚(胺-酯)改性,其不具備流體行為,并且在超支化聚(胺-酯)的良溶

7、劑和非良溶劑中的分散性均較差。
　　(5)采用胺官能團(tuán)對多壁碳納米管進(jìn)行功能化處理。首先對碳納米管進(jìn)行氧化處理,然后與聚氧乙烯醚十八烷基胺(Ethomeen18/25)進(jìn)行反應(yīng),制得碳納米管/Ethomeen無溶劑納米流體,其中碳納米管的含量達(dá)40wt%,計算表明大約每50個碳原子上含有1個聚氧乙烯醚十八烷基胺有機(jī)分子。其在室溫下為粘性液體,并且可以溶于不同的溶劑。
　　(6)以脂肪醇聚氧乙烯醚、氯化亞砜、五甲基二乙烯三胺為

8、原料,首先對脂肪醇聚氧乙烯醚采取分子內(nèi)親核取代反應(yīng),進(jìn)行氯代,進(jìn)而通過與叔胺進(jìn)行反應(yīng)得到聚氧乙烯醚季銨鹽,通過元素分析、紅外光譜和1H-NMR對其進(jìn)行測定,結(jié)果證明,成功合成了三頭季銨鹽,其臨界膠束濃度為1.0mmol/L,在25℃時的表面張力為38.86mN/m,電導(dǎo)率為105.30μS/cm,表明合成的表面活性劑具有較高的表面活性。
　　(7)以N-甲基-2-吡咯烷酮和3-氯丙基三甲氧基硅烷單體為原料,按照合適的比例,利用SN

9、2親核取代反應(yīng)形成中間穩(wěn)態(tài)體系以吡咯烷酮基為陽離子,以氯離子為陰離子的具有一定表面活性的功能化離子液體N-(三甲氧硅丙基)-N-甲基-2-吡咯烷酮鹽酸鹽,通過元素分析、紅外光譜和NMR對其進(jìn)行測定,結(jié)果證明,成功合成了功能化離子液體(ILs),其具有較寬的液體溫度范圍和較低的表面張力,其在20℃下,功能化離子液體的表面張力為26.24mN/m,具有較高的電導(dǎo)率,14℃條件下,合成的功能化離子液體的電導(dǎo)率為24.6μS/cm,隨著溫度的升

10、高,電導(dǎo)率逐漸增高。采用溶膠-凝膠法制備了表面含有大量羥基的TiO2納米粒子,而后采用共價鍵接枝上述合成的功能化離子液體,制備單分散TiO2納米粒子,再利用離子交換反應(yīng)制備了含有離子對結(jié)構(gòu)的TiO2/ILs/NPES無溶劑納米流體,其在室溫下為酒紅色液體,具有一定的流動性,其中納米粒子的含量為20wt%以上。
　　(8)對粒徑為100nm左右的海泡石,利用共價鍵接枝和本身的吸附能力,首先在其表面接枝短鏈季銨鹽,再利用離子交換反應(yīng)接

11、枝壬基酚聚氧乙烯醚硫酸鈉制備了含有離子對雙電層結(jié)構(gòu)的海泡石/DMAC/NPES無溶劑納米流體,其在室溫下為淡黃色乳狀液體,具有一定的流動性,其中納米粒子的含量為25wt%以上。
　　(9)通過脫水反應(yīng)在納米粒子表面接枝3-硅氧烷-1-丙基磺酸(SIT),再以離子鍵接枝反離子聚氧乙烯醚十八烷基胺(Ethomeen18/25),改性后的SiO2納米粒子在室溫下表現(xiàn)出流體行為,呈金黃色的液體。其中納米粒子的含量為25wt%以上。交流阻抗