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1、 毕 业 设 计（论文）题 目：碳纳米管表面二氧化硅的自组装技术研究 教 学 院： 化学与材料工程学院 专业名称： 无机非金属材料工程 学 号： 201040840129 学生姓名： 童 凯 指导教师： 刘爱红 2014年 5月 15 日毕业设计（论文）学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保障、使用学位论文的规定，同意学院保留并向
2、有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 摘要 碳纳米管由于具有独特的电学、光学和机械特性，在物理、化学、信息技术、环境科学、航空航天技术、材料科学、能源技术、生命及医药科学等领域具有广泛的应用前景。纳米二氧化硅是一种无毒无污染的无定型粉末，已经广泛应用于触变剂、热绝缘体、给药载体
3、、染料等领域。CNTs/SiO2纳米复合材料希望发展成一种具有优异属性的纳米材料。碳纳米管二氧化硅复合材料在光催化、催化以及生物医学传感器领域具有重要的意义。实验目的是为了提高碳纳米管的生物相容性，降低碳纳米管毒性。先用二氧化硅对CNTs进行包覆改性，再用硅烷偶联剂对其进行表面处理改性。这种可以提高碳纳米管与基体聚合物相容性的方法称为改性共沉淀法。自组装是指基本结构单元(分子，纳米材料，微米或更大尺度的物质）自发形成有序结构的一种技术。本次试验用偶联剂自组装制备碳纳米管二氧化硅复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜（TEM）等对制备好的CNTs/SiO2复合材料进行表征,结果表明
4、碳纳米管被二氧化硅包覆均匀，团聚较少。关键词：碳纳米管； 二氧化硅； 硅烷偶联剂；自组装； 改性共沉淀 AbstractSince carbon nanotubes have unique electrical, optical and mechanical properties, the application prospects of carbon nanotubes in physics, chemistry, information technology, environmental science, aerospace technology, materials science, e
5、nergy technology, life and medical sciences is broad . With Nano-silica is a non-toxic and pollution-free amorphous powder, silica has been widely used in the field of thixotropic agents, heat insulators, vehicle administration, dyes, etc. CNTs/SiO2 nanocomposites was been hoped to develop into a na
6、no-materials with excellent properties. Silica nanotube composite material having photocatalytic important catalytic domain and biomedical sensors.The purpose was to improve the biocompatibility of carbon nanotubes, carbon nanotubes reduced toxicity. First with silica-coated CNTs be modified, then i
7、ts coupling surface treatment modification. This can improve the compatibility of carbon nanotubes and the polymer matrix method called modified co-precipitation method. Self-assembly is the basic structural unit (molecules, nano-materials, substances microns or larger scales) the spontaneous format
8、ion of an ordered structure technology. The test was prepared by coupling the self-assembly of silica nanotube composites. By X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM), that the prepared CNTs/SiO2 composites were characterized results show uniformly coated with silica and le
9、ss agglomeration.Key words: carbon nanotubes; silica; silane coupling agent; self-assembly; modification of precipitation2目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1引言11.2 碳纳米管及其复合材料21.2.1 碳纳米管的结构21.2.2碳纳米管的制备31.2.3 碳纳米管复合材料41.3 碳纳米管自组装研究及进展41.4本文的研究目的、意义及内容61.4.1本文的研究目的、意义61.4.2 研究内容71.4.3 技术路线7第二章 多壁碳纳米管在表面活性剂水溶液中分
10、散性的研究102.1 前言102.2 实验部分102.2.1 实验材料102.2.2 实验仪器102.2.3 实验步骤102.3 实验结果分析112.4 本章小结18第三章 碳纳米管表面二氧化硅的自组装技术研究193.1 前言193.2 实验部分193.2.1 实验材料193.2.2 实验仪器203.2.3 实验步骤203.3 实验结果分析213.3.1 XRD分析223.3.2 TEM分析223.4 本章小结24第四章 结论与展望254.1结论254.2 不足之处254.3 展望25参考文献26致 谢28第一章 绪论自1991年碳纳米管被日本科学家饭岛1发现以来，对于碳纳米管的相关研究越来越
11、受大家关注。在碳纳米管的合成，结构性能以及应用都开展了广泛的研究。目前各个国家对于碳纳米管的研究进展很快，在制备和应用方面都取得了突破性的进展。另外在纳米复合材料以及纳米管化学方面，利用纳米管的结构性能制备高性能的纳米复合材料备受关注。碳纳米管优异的性能很多，例如良好的导电性、导热性、力学性能好、储氢性能好、吸波性能好、光学磁学性能好、耐腐蚀和自润滑性等，这些优异的特性使其在复合材料、纳米电子器件、储氢材料、催化等方面有着巨大的应用潜力2。我们的生活会因此获得巨大的革新。1.1引言碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管，因其优异的力学性
12、能和电性能，可用于增强高分子材料，并有较好的导电性能1。目前很多试验表明，碳纳米管可以作为增强相能提高复合材料的力学、电学和热学等性能，在纳米复合材料制备方面展示了乐观的应用前景。碳纳米管良好的力学性能可以极大地提高复合材料的强度和韧性；电学和光学性能的独特性可以改善聚合物材料的电导率和用来制备新型光电聚合物复合材料；其结构的独特性可以制备出金属或金属氧化物填充或包覆的纳米复合材料。首先，碳纳米管之间存在很强的范德华力，极易产生缠绕团聚，使其在复合材料中很难分散；其次，碳纳米管是单个的碳原子通过SP3和SP2杂化组成，化学活性比较低，在复合材料的制备时很难与基体有效的结合；并且碳纳米管很难与基
13、体实现有效的承载及转换和形成有效的界面结合。所以用碳纳米管提高复合材料的性能特别在力学性能方面还并未达到理想的效果，而通过对碳纳米管进行有效的表面修饰，可以将其分散性能很好地改善，提高它与基体材料之间的复合相溶性和增强它们之间的相互作用，使复合材料之间能够实现有效的承载和结合，从而提高碳纳米管复合材料的性能。碳纳米管具有很高的比表面积和电导率，在复合材料中的作为理想的导电填充物。易于加工成型是碳纳米管制备复合材料的最大优点。自组装技术指分子自发地（在氢键、静电、亲疏水作用范德华力等弱力推动下)构筑具有特殊结构和形状的稳定集合体的过程它是以分子尺度材料作为组元去构建纳米功能尺度器件的制备方法,利
14、用自组装技术能够构建出可规模化生产应用的具有特殊功能的分子器件。通过分子自组装，碳纳米管可结合成具有不同功能的碳纳米管复合材料。从而可进一步设计成具有特殊结构和功能的纳米材料，在医学、组织工程及生物材料等方面有着巨大的应用潜力。利用自组装技术实现碳纳米管的有序排列对碳纳米管的应用开发有重大意义。通过自组装制备的各种碳纳米管器件可以被广泛地应用于碳纳米管的关电器件、存储器件以及其他各种新型纳米器件。1.2 碳纳米管及其复合材料碳纳米管是由石墨原子单层绕同轴缠绕而成或由单层石墨圆筒沿同轴层层套构而成的管状物。其直径一般在一到几十个纳米之间，长度则远大于其直径,属于碳同位素异构体家族中的一个新成员,是理想的一维量子材料。多壁碳纳米管是由若干层空心管组成，但径向尺寸仍然在纳米级。碳纳米管的侧壁的碳六元环结构，它是非常稳定的，在同一时间，有一个自由的P电子，因此，正电荷有一定的吸引力。由于两端的富勒烯结构是很稳定的，但是，与相对的侧壁，更容易断开。在一般情况下，碳纳米管在机械，电气，光学，磁学方面有出色表现。将金属、氧化物等物质填充在碳纳米管中，可以把碳纳米管作为模具。首先将碳纳米管用金属等物质来灌满，然再腐蚀掉碳层，这样就可以得到最细的纳米尺度导线，或是全新的一维材料，可以应用到未来的纳米电子学器和分子电子学器。纳米尺度导线也可以通过纳米管本身得到。在硅芯片上应
