多壁碳纳米管的表面修饰与聚芳醚腈复合材料-材料科学与工程专业论文.docx

万方数据 万方数据 RESEARCH ON FUNCTIONALIZTION OF MULTI-WALLED CARBON NANOTUBES AND POLY(ARYL ETHER NITRILE) COMPOSITES A Doctor Dissertation Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Materials Science and Engineering Author: Yingqing Zhan Advisor: Prof. Xiaobo Liu School: School of Microelectronics and Solid-State Electronics 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 ：作者签名： 日期年月日 ： 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 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、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） ：作者签名： 导师签名 ： 日期： 年 月 日 摘要 摘要 摘 要 聚芳醚腈（PEN）是一类综合性能优异的结构型高分子材料，具有很高的耐热 性、阻燃性、机械强度、防紫外线和抗蠕变性等优良特性，有望作为一类耐高温 的结构材料和电子材料而在航空航天、电子、通讯以及其他高技术领域发挥重要 作用。在很长一段时间内限制 PEN 在特种功能材料中应用的主要问题是聚合物 PEN 的合成成本和加工流动性。本课题组通过多年的研究，掌握了 PEN 低成本合 成技术，开发出了一系列适应不同需求的 PEN 聚合物，同时开发出了以预聚物邻 苯二甲腈（BPH）作为 PEN 树脂的增塑剂，极大地改善了 PEN 的加工流动性。除 此之外，材料的固有性质如力学强度、电学性能和热稳定性等也是影响材料应用 的主要因素。因此为了拓宽 PEN 在航天航空和电子等方面的应用，研究者希望通 过 PEN 的改性使其获得优异的性能，最终成为一种用途广泛的高性能特种工程材 料。 碳纳米管是一种一维纳米材料，具有高强度、高长径比、质量轻等优异的物 理和化学性质。近年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前 景也不断地展现出来。将少量的碳纳米管引入到聚合物基体中，可赋予材料优异 的力学性能和阻隔性能、良好的热性能及尺寸稳定性、特有的阻燃性和特殊的光 学性能，因而聚合物/碳纳米管复合材料受到了材料研究者的广泛关注，成为了目 前乃至将来材料研究的热点。但是，碳纳米管较差的分散性及其与聚合物基体较 弱的界面作用力极大地影响了聚合物/碳纳米管复合材料的物理性能，而碳纳米管 的表面修饰可以有效地解决这些问题。本文采用聚芳醚腈（PEN）为聚合物基体， 通过对多壁碳纳米管(MWCNTs)的表面修饰，制备了多种不同功能化的多壁碳纳米 管，并将其与聚芳醚腈（PEN）复合，获得了不同功能化碳纳米管/聚芳醚腈复合 材料。多壁碳纳米管的结构、形貌、表面性质及其在聚合物中的分散状况都将不 同程度的影响材料的力学性能、流变行为、介电性能和热性能等，最终影响到材 料的加工性能和使用性能。本文深入系统地研究了 PEN 纳米复合材料的结构和性 能的关系，探讨了不同功能化碳纳米管的结构、形貌、表面性质及其在 PEN 基体 中的分散状况对 PEN 各种物理性能的影响。归纳起来，本文主要有以下四个部分 的研究内容组成： (1)首先，采用 4-氨基苯氧基邻苯二甲腈对多壁碳纳米管进行表面化学修饰得 到氰基功能化多壁碳纳米管(MWCNTs-CN)，然后与聚芳醚腈(PEN)复合，制备了 MWCNTs-CN/PEN 纳米复合材料。采用 FTIR、TGA 和 TEM 对氰基化 MWCNTs I 的结构和形貌进行表征，同时研究了氰基功能化对 MWCNTs 在 PEN 复合材料的 分散状态、力学强度、流变性能、介电性能和热稳定性的影响。结果表明，通过 MWCNTs 的氰基化，提高了 MWCNTs 在 PEN 基体树脂中的分散性以及与 PEN 基 体树脂的界面作用力，使得 PEN 复合材料的力学强度得到了有效的提高。与纯 PEN