李立（湖北省武漢市華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430074）

碳納米管分散狀態(tài)對(duì)聚乙烯醇薄膜性能的影響

李立
（湖北省武漢市華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢 430074）

運(yùn)用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡對(duì)碳納米管分散狀態(tài)進(jìn)行了定性的表征；用紫外可見(jiàn)光光譜對(duì)碳納米管分散狀態(tài)進(jìn)行了定量的表征，系統(tǒng)的研究了碳納米管分散狀態(tài)對(duì)復(fù)合材料電學(xué)、力學(xué)、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械性能的影響。通過(guò)調(diào)節(jié)超聲過(guò)程中的能量輸入，制備出濃度為0.1wt%，具有不同分散狀態(tài)的碳納米管去離子/水分散液。將此分散液與聚乙烯醇混合，通過(guò)溶液法，制備了濃度為1.0%的碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料。結(jié)果表明，碳納米管分散狀態(tài)越好，聚乙烯醇薄膜的導(dǎo)電率、拉伸強(qiáng)度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高。

碳納米管 聚乙烯醇薄膜 性能

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器設(shè)備

實(shí)驗(yàn)采用的多壁碳納米管（直徑為7-15nm，長(zhǎng)度為5-10um）由深圳納米港有限公司提供，聚乙烯醇1797型由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。超聲破碎儀為VCX800，由美國(guó)SONICX公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)基本參數(shù)調(diào)節(jié)（見(jiàn)表1）

1.3 實(shí)驗(yàn)制備

分散液制備：稱取0.2gCNT，將其加入199.8g去離子水中，分別超聲表格中的所示的能量，獲得具有不同分散狀態(tài)的0.1%CNT/去離子水分散液。

表1 0.1%碳納米管/去離子水分散液超聲能量的調(diào)節(jié)

碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合物薄膜的制備：將適量的聚乙烯醇加入上述分散液，置于硅油攪拌器中，在100℃下攪拌2h。取一定體積的上述懸浮液，抽真空，然后倒入培養(yǎng)皿中，置于真空干燥箱，在60℃下干燥12h，得到碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的聚乙烯醇薄膜。

2 結(jié)果與討論

由圖1可知，當(dāng)超聲能量為30000J時(shí)，碳納米管主要以團(tuán)聚體的形式存在。隨著超聲能量的增加，碳納米管團(tuán)聚體顆粒逐漸減小，這表明碳納米管的分散狀態(tài)逐漸趨于均勻。當(dāng)超聲能量增加到120000J時(shí)，基體中團(tuán)聚體消失。繼續(xù)增加超聲能量，碳納米管的宏觀分散狀態(tài)不再發(fā)生變化，表明分散液中碳納米管分散狀態(tài)達(dá)到了宏觀上的均勻。

圖2（a）是不同超聲能量的分散液紫外-可見(jiàn)光光譜，如圖所示，碳納米管在250-270nm之間有最大的吸收，這與文獻(xiàn)報(bào)道的一致。圖2（b）為分散液在波長(zhǎng)270nm處的吸收強(qiáng)度隨超聲能量的變化。

為了研究碳納米管分散狀態(tài)對(duì)復(fù)合材料性能的影響，本文通過(guò)溶液法，將碳納米管分散液制成濃度為1.0wt%碳納米管/聚乙烯醇薄膜，測(cè)試了薄膜的電學(xué)、力學(xué)性能隨分散液超聲時(shí)間的變化。圖3 （b）為聚乙烯醇薄膜拉伸強(qiáng)度隨分散液超聲時(shí)間的變化關(guān)系圖，與薄膜的電導(dǎo)率變化趨勢(shì)相同，當(dāng)超聲能量從30000J增加到150000J時(shí)，拉伸強(qiáng)度從 MPa5.19 增加到 MPa6.27，繼續(xù)增加超聲能量，聚乙烯醇薄膜拉伸強(qiáng)度下降至 MPa3.24 。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）采用超聲法，制備了具有不同分散狀態(tài)的碳納米管/去離子水分散液。（2）碳納米管分散狀態(tài)對(duì)聚乙烯醇薄膜的電學(xué)、力學(xué)、熱機(jī)械性能有較大的影響，總的來(lái)說(shuō)，碳納米管分散狀態(tài)越好，聚乙烯醇薄膜的電導(dǎo)率、拉伸強(qiáng)度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高。在超聲過(guò)程中，同時(shí)要考慮碳納米管結(jié)構(gòu)的破壞程度對(duì)性能的影響，當(dāng)碳納米管分散狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定后，繼續(xù)增加超聲能量，會(huì)使得碳納米管結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，材料的性能出現(xiàn)下降。

［1］Huang H， Liu C H， Wu Y， et al.Aligned carbon nanotube composite films for thermal management［J］.Advanced materials，2005，17（13）:1652-1656.

［2］余華，劉彩鳳.水溶性聚乙烯醇薄膜的研究進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2009 （S1）.