[发明专利]溶剂混合诱导聚合物接枝碳纳米管在溶剂中自组装的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶剂混合诱导聚合物接枝碳纳米管在溶剂中自组装的方法。

背景技术

日本Iijima于1991年发现了碳纳米管，该一维纳米材料由单层或多层石墨卷绕而成，具有中空筒柱型结构。碳纳米管具有优异的机械、光学、电学和热学性能，不仅能作为检测仪器和传感器的探针、纳米导线等微电子元器件，而且还能用来制备增强材料、导电材料、导热材料、光电材料和热电材料。

目前研究得较多的是如何提高碳纳米管的分散性以及与基体材料的相容性，但是分散均匀的碳纳米管都是无规排列，杂乱排列的碳纳米管表现为各向同性，体现不出一维材料的特性。碳纳米管具有极大的长径比，表现出各向异性，其轴向上的力学、导电和导热性能远远高于径向上的同样性能。规整排列的管束可将单根碳纳米管轴向上的优异性能加以集中和放大，作为微电子元器件，自组装体拥有比单根碳纳米管更远大的应用前景。将自组装体加入基体材料，可制得导电、导热、机械性能各向异性的特种功能材料，能广泛的应用于航空航天、交通运输、风力发电等领域。

为实现碳纳米管的定向排列和规整排列，国内外开展了大量的工作，主要有“干法”和“湿法”两种途径。其中“干法”是将催化剂“种植”在预设的、规整的模版中或者利用外加电场引导碳纳米管定向生长，从而实现碳纳米管定向排列和平行排列。相对于“干法”，“湿法”指使碳纳米管在液体中实现定向排列或规整排列。有研究人员将碳纳米管分散到定向流动的液体中，通过流动场实现了碳纳米管的定向排列。还有研究者通过在基体材料上蚀刻出一道道微米级的沟槽，使碳纳米管自然沉降到沟槽中，从而实现碳纳米管的定向、平行排列。为了实现碳纳米管的规整排列，有研究人员利用原子转移自由基聚合法、通过分步聚合制得两亲性两嵌段共聚物，然后该嵌段共聚物接枝到碳纳米管上，最后将共聚物接枝的碳纳米管分散到共聚物的选择性溶剂中，经常长时间静置可在容器底部的沉淀中收集到碳纳米管的自组装体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溶剂混合诱导聚合物接枝碳纳米管在溶剂中自组装的方法。

本发明提出的溶剂混合诱导聚合物接枝碳纳米管在溶剂中自组装的方法，将选择的聚合物修饰到长度为5~100μm、直径为5~25nm的碳纳米管表面，所述聚合物的聚合度为20~5000，碳纳米管上聚合物的接枝率为5~60%（聚合物质量/聚合物质量与碳纳米管质量之和）；利用超声波将修饰好的碳纳米管分散到与聚合物相匹配的初始的分散溶剂中，接着一边以10~1000r/min的速度搅拌，一边向分散体系中滴加第二种溶剂，诱导碳纳米管在较短时间内自组装。静置1分钟~1小时后，可在容器的底部收集到碳纳米管的自组装体。通过改变分散体系的浓度可以调整自组装体的径向尺寸，范围为0.1~0.5μm。

本发明中，当聚合物为聚苯乙烯，若初始分散溶剂为：四氢呋喃，后滴加的第二种溶剂包括：甲醇、乙醇、丙酮、甲酸、乙酸、水或其混合液中任一种；若初始分散溶剂为：苯，后滴加的第二种溶剂包括：甲醇、乙醇、丙酮、环已烷、环已酮或其混合液中任一种；若初始分散溶剂为：二氯苯，后滴加的第二种溶剂包括：苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、四氢呋喃、甲醇、乙醇、丙酮、甲酸、乙酸、乙酸乙酯或其混合液中任一种。

本发明中，当聚合物为聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯或聚甲基丙烯酸丁酯时中任一种时，若初始分散溶剂为：四氢呋喃、甲醇、乙醇、异丙醇、甲酸、乙酸、丙酮或其混合液中任一种时，后滴加的第二种溶剂为水。

本发明中，当聚合物为聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸时，若初始分散溶剂为：水、四氢呋喃、甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺或其混合液中任一种，后滴加的第二种溶剂包括：丙酮、乙醚或其混合液中任一种。

本发明中，当聚合物是聚乙二醇、氧化聚乙烯或聚乙烯醇时，若初始分散溶剂为：甲醇、乙醇、四氢呋喃、甲酸、乙酸、水或其混合液中任一种，后滴加的第二种溶剂包括：乙醚、异丙基醚或其混合液中任一种。