碳納米管(P-MWCNTs)是一種新型的納米級(jí)的材料,它徑向的尺寸是納米級(jí)別的,長(zhǎng)度也是微米級(jí)別的,成管狀,所以它具有質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)。更重要的是它具有六邊形的結(jié)構(gòu),這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可以延伸出許多其他優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)與化學(xué)性能。碳納米管的管狀結(jié)構(gòu)可以是單層,也可以是多層的。可以按照層數(shù)分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。由于這些獨(dú)有的優(yōu)良性能,碳納米管的研究與應(yīng)用也越來(lái)越成為材料學(xué)科的趨勢(shì),世界各地的學(xué)者們和廠商也都紛紛對(duì)其研究和應(yīng)用進(jìn)行深入的探討,它的應(yīng)用具有非常廣闊和光明的前景。目前,碳納米管功能化處理常見(jiàn)的方法有混酸處理、微波法和等離子體刻蝕。通過(guò)改性,不僅可以提高碳納米管在有機(jī)溶液中的分散性能,而且可以提高碳納米管表面活性,促進(jìn)其與其他復(fù)合物發(fā)生反應(yīng)。常見(jiàn)的混酸處理方法采用具有強(qiáng)氧化性的酸,比如HNO3、H2SO4,通過(guò)在碳納米管表面添加羥基、羧基等含氧官能團(tuán)來(lái)達(dá)到改性的目的。但是這種方法產(chǎn)生的廢液會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,用時(shí)較長(zhǎng),并且會(huì)對(duì)碳納米管本身結(jié)構(gòu)造成損傷。相對(duì)于傳統(tǒng)的混酸處理方法,等離子處理技術(shù)不僅具有環(huán)保,節(jié)能和節(jié)約時(shí)間等優(yōu)點(diǎn),而且還可以選擇不同的氣氛,在碳納米管表面添加不同種類的官能團(tuán),以達(dá)到改善性能的目的。
等離子體表面處理工藝簡(jiǎn)介
等離子體表面處理是利用低壓氣體輝光放電的干式處理新技術(shù)。能夠改變表面結(jié)構(gòu),控制界面物性。等離子體表面處理與放射線處理、電子束處理、電暈處理等其他工藝相比,其獨(dú)特之處在于等離子體表面處理的作用深度僅涉及表面極薄一層。因此能使界面物性顯著改善而材料體相卻不受影響。
碳納米管的等離子體處理工藝
碳納米管透射電鏡分析
圖1給出了原始碳納米管及等離子體處理碳納米管的透射電鏡照片,圖1A為原始MWCNTs的電鏡照片,圖1B為處理后的MWCNTs的透射電鏡照片,由圖可見(jiàn),處理后的MWCNTs纏繞度降低,MWCNTs的分散型明顯提高,能夠看到單根的MWCNTs的存在,黑點(diǎn)減少,說(shuō)明MWCNTs中的雜質(zhì)也基本除去了。
圖一 碳納米管TEM 圖像( A )原始 MWCNT ;( B )等離子體處理 MWCNTs在等離子體處理過(guò)程中,由于非晶碳具有不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),其反應(yīng)活性高于具有石墨層片管壁結(jié)構(gòu)的反應(yīng)活性,非晶碳會(huì)以更快的速率被侵蝕,導(dǎo)致其從MWCNTs管束中剝離。夾雜在管束中的非晶碳被剝離以及彎曲的管被打斷,使得由MWCNTs纏繞而成的管團(tuán)的內(nèi)部結(jié)合力削弱,管團(tuán)解體、分散。且由于在處理過(guò)程中在碳管表面上接上了羰基、胺基等活性基團(tuán),這也使得碳管的分散性變好。
碳納米管紅外光譜分析
圖2為原始及等離子體處理碳納米管(P-MWCNTs)的紅外光譜圖。與原始碳納米管紅外光譜相比,從等離子處理碳納米管的紅外光譜中可以看出,在1118cm-1處出現(xiàn)的吸收峰應(yīng)該為C-N鍵的伸縮振動(dòng)引起,在1581cm-1處出現(xiàn)了酰胺的特征吸收帶,在1640cm-1處出現(xiàn)的吸收峰,分析認(rèn)為是由羰基的吸收振動(dòng)引起的,在3417cm-1出現(xiàn)了N-H的伸縮振動(dòng)吸收峰,這些均證實(shí)經(jīng)過(guò)等離子體處理后,在碳納米管表面引入了羰基,胺基等活性基團(tuán)。
圖二 等離子體處理碳納米管紅外光譜圖經(jīng)過(guò)等離子體處理后,碳納米管(MWCNTs)表面的一些無(wú)定形碳顆粒及催化劑顆粒被刻蝕掉,起到了一定的清潔碳納米管表面的目的。并且在MWCNTs表面上接上了羰基、胺基等不同的活性基團(tuán),提高了MWCNTs的分散性以及碳納米管與環(huán)氧樹(shù)脂基體之間的界面結(jié)合力。與酸化、胺化等表面化學(xué)改性處理方式相比,等離子體處理具有處理時(shí)間短,無(wú)污染,處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。244972449724497