超临界二氧化碳诱导聚合物附生结晶修饰碳纳米管的研究

研究有关碳纳米管的修饰，解决其分散性问题具有重要的理论和实际应用价值。超临界流体是具有许多特性的绿色溶剂。本项目将采用相态观察、波谱等手段研究超临界流体对不同聚合物分子/有机溶剂/碳纳米管复杂体系的结构调控作用，探索超临界二氧化碳诱导下聚合物附生结晶的形成条件。在此基础上，研究超临界二氧化碳诱导聚合物附生结晶形成的规律和机理，并探索碳纳米管作为准一维量子材料，它在性能上是否与高聚物、超临界二氧化碳之间存在匹配作用，为聚合物以其为基底附生结晶创造条件，从而达到其自身的修饰效果，并且这种修饰效果借助于超临界二氧化碳的条件变化而可以方便的进行调节。此研究是涉及高分子物理化学、材料合成化学、超临界流体科学相互交叉渗透的课题，因此开展该课题的研究不但将促进相关学科的发展，而且将拓宽超临界流体在材料制备领域的应用范围。

作为典型的一维碳纳米材料，碳纳米管（CNTs）因其特殊的结构和优异的力学、电学、热学和光学性能，受到极大的关注。CNTs纳米杂化材料尤其是与聚合物形成的纳米杂化材料不仅实现了CNTs的功能化和分散性，还拓宽了其在纳米复合材料、传感器、电子器件和生物医药等领域的应用。该研究旨在探索一种方便有效的方法制备功能化CNTs基纳米杂化材料，并研究实验条件对CNTs功能化程度的影响，探讨形成不同形貌的原因。主要工作包括：.（1）采用超临界CO2辅助制备聚乙烯（PE）和聚环氧乙烷（PEO）/CNTs纳米杂化材料，并研究了PE和PEO在CNTs表面形成不同形貌的原因。PE在CNTs上形成“纳米杂化串晶”结构，而PEO则在CNTs表面形成很薄的无定形聚合物涂层。PE/CNTs和PEO/CNTs纳米杂化材料的不同形貌取决于聚合物分子链的构象和聚合物链与CNTs之间的相互作用。实验结果表明CNTs为PE提供异相成核点，形成的纳米杂化串晶结构阻止了聚合物链的扩散和晶体的生长。而CNTs对PEO分子链起抗成核效应。本工作为制备多功能性CNTs基纳米杂化材料提供理论支持。.（2）利用超临界CO2辅助制备芘基聚乙二醇（pyrene-PEG）/CNTs纳米杂化材料及其稳定性研究。实验结果发现pyrene-PEG与CNTs形成强的非共价键π-π相互作用，而PEG分子链赋予CNTs良好的水溶液分散性。由于pyrene-和CNTs之间的π-π相互作用引起了强的光诱导电荷转移/或能量转移，从而导致pyrene-PEG/CNTs纳米杂化材料水溶液的荧光强度显著降低。pyrene-PEG/CNTs纳米杂化材料在0.1M HCl和强离子溶液中稳定分散，为CNTs在生物领域的应用提供可能。.（3）利用超临界二氧化碳抗溶剂技术，成功的将一种经典的两亲性嵌段共聚物，聚乙烯聚环氧乙烷嵌段共聚物，诱导结晶在单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的表面上。根据嵌段共聚物的特点，我们选用了三种不同的有机溶剂，这三种有机溶剂对两个嵌段的选择性不同，从而可以达到通过简单的调控溶剂的变化，来控制聚乙烯据环氧乙烷嵌段共聚物包覆在碳纳米管上的形貌的变化。