水性导电功能-科学项目计划书.docx

科学（项目）研究计划书 完 成 人：班 级： 材料1102 研 究 方 向 ： 水性导电功能材料 项 目 名 称：咪唑盐离子液体作为连接制备核 壳混合的碳纳米管导电聚合物 完 成 日 期 ： 2014年6月21日 项目概况项目名称 咪唑盐离子液体作为连接制备核壳混合的碳纳米管导电聚合物项目类别A.人文社科项目□B.自然科学项目√起止年限2014年7月 至2015年7月 二级学科代 码二级学科名 称重点学科国家级 □ 省 级 √申请人一姓 名性 别男 出生年月1993.7入学年月2011.9所 在院 系化学与材料工程学院联系电话电子信箱1.com 申请人二姓 名性 别男 出生年月1992.11入学年月2011.9所 在院 系化学与材料工程学院联系电话1电子信箱2m 立项依据项目源自，亲水性的导电材料PEDOT:PSS在离子液体作为连接材料的情况下引入了碳纳米管上，并与之形成稳定的相互作用，最终在水中形成了分散性很好是核-壳结构，是制取碳纳米管/聚合物导电功能材料的创新性探索。聚合物一直被认为是绝缘体，但是在20世纪70年代，日本的白川英树等在高浓度催化剂条件下，合成了具有金属光泽的高顺式聚乙炔薄膜，宾夕法尼亚大学的MacDiarmid发现掺杂后的聚乙炔有类似于金属的导电性，其室温电导率高达103S·cm-1，此后又有Su.W.P和Schrieffer.J.R等详尽研究了聚乙炔独特的光、电、磁及热电动势等性能，由此科学研究者对导电功能材料展开了深入的研究。同时，自从1991年由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨透射电子显微镜从电弧法生产的碳纤维中发现碳纳米管以来，该种纳米材料因其所具有的特殊性能已经引起了不同学科领域的广泛关注[1]。早在1994年，Ajayan等将制备的环氧树脂/CNTs复合材料切成50~200nm的薄片，借用切片时的机械力将CNTs排列起来，首次得到了定向排列的CNTs复合材料[2]。与传统的碳素系导电介质相比，使用碳纳米管等新兴碳素材料作为导电介质，在理论上可以在极少添加量下实现更好的导电性能，并可使材料易于实现更广泛的应用目标设计，为其在填充型导电复合材料领域的应用提供了非常广阔的前景。从上个世纪60 年代开始，国际上就开始了对复合导电高分子材料的研究，并在70 年代中期实现了工业化生产和应用，发展速度异常迅猛。仅在美国，复合导电高分子材料的需求量以每年20%~30%的速度递增，而从事此方面研究开发的机构就有200多家[3]。我国正处在全面快速发展的阶段，材料工业是国民经济的基础产业，新材料是材料工业发展的先导，是重要的战略性新兴产业。“十二五”时期，是我国材料工业由大变强的关键时期。加快培育和发展新材料产业，对于引领材料工业升级换代，支撑战略性新兴产业发展，保障国家重大工程建设，促进传统产业转型升级，构建国际竞争新优势具有重要的战略意义。因此党中央制定了《新材料产业“十二五”发展规划》，其中碳纳米管和导电材料作为新材料成为发展重点。聚合物/CNTs导电复合材料一直被认为是理想的导电材料，在锂电池、超级电容器、生物传感器、电磁屏蔽、透明电极等领域应用前景广阔。目前制备碳纳米管/高分子复合材料主要有三种方法：溶液混合、熔融混合，原位合成[4]。虽然这些方法已经被广泛研究，但它们面临一个共同而关键的挑战：碳纳米管在高分子中无规聚集，复合材料无法充分利用碳纳米管优异的性能，如拉伸强度和电导率分别低于0.12GPa和10-6S/cm，严重限制碳纳米管/高分子复合材料在很多领域的应用[5]。为了提高碳纳米管在高分子基材中的分散均匀程度，超声波分散、机械搅拌、加入表面活性剂、对碳纳米管表面进行化学修饰等手段都曾被用于碳纳米管的分散[6]。Sophie Barrau等在SWNTs/EP中添加表面活性剂棕榈酸，测得的渗滤阈值的质量分数与加入前相比，从0.18%降至0.08%，这归因于棕榈酸改善了SWNTs在EP中的分散性[7]。Shang等分别用微型乳液聚合法和溶液混合法制备了PMMA/MWCNTs复合材料。MWCNTs经过纯化处理，采用微型乳液聚合法制备的PMMA/MWCNTs复合材料的渗流阈值体积分数为1%，而采用溶液混合法制备的PMMA/MWCNTs复合材料的渗流阈值为体积分数4.5%。在体积分数为15%时，这两种材料的电导率分别为5 S/m和0.7 S/m。这说明对于PMMA/MWCNTs体系，微型乳液聚合法显现出了比溶液混合法更好的制备效果，这是由于前者可以使MWCNTs获得更加均匀的分散状态[8]。Li等采用原位聚合法制备了PU/MWCNTs泡沫材料，用乙醇作为稀释剂降低多羟基聚醚的黏度