一步法制备具有优良溶液分散性能的分子刷型聚合物修饰的单壁碳纳米管

单壁碳纳米管是一类由单层石墨烯卷曲而成的一维纳米管状材料,它具有许多特异的物理性能,如高的导电/导热率、优异的场发射性质以及超高的力学模量等。近二十年来,科学家们制备了各种各样基于单壁碳纳米管的复合材料,并探索了他们在机械、电子、生物医药以及航天航空等领域中的应用前景。种种研究结果表明,改善单壁碳纳米管在基体中的分散状态以及与基体的界面相容性质对材料的性能的提高有着至关重要的作用。然而,单壁碳纳米管之间存在较强的范德华力,他们往往聚集成束,这就导致他们难以均匀的分散于溶液和基体中,从而严重影响了碳纳米管复合材料的性能。

湘潭大学化学学院唐浩宇教授带领的研究小组针对上述问题创造性的提出了一种简单、高效的方法来提高单壁碳纳米管在溶液中的分散性能,即用一步法制备分子刷型聚合物修饰的单壁碳纳米管。他们采用侧基含叠氮基团的螺旋形聚多肽、端基含炔丙基的寡聚乙二醇以及单壁碳纳米管为原料,以N-甲基-2-吡咯烷酮为溶剂,在加热反应的条件下一步制得分子刷型聚多肽修饰的单壁碳纳米管。其中的反应原理包括叠氮基团与碳纳米管之间的氮烯加成反应和炔基-叠氮基团之间的1,3-偶极环加成反应。他们采用透射电子显微镜、红外/拉曼光谱等测试手段验证了聚合物对单壁碳纳米管表面的化学修饰。分子刷型聚多肽修饰的单壁碳纳米管在水中具有优良的分散性能,增加分子刷型聚多肽的主链和侧链的长度有利于提高碳纳米管的溶液分散性能。与线型化合物修饰的碳纳米管相比,他们具有更高的溶液分散性质,最高可提升近三倍。