碳纳米材料的修饰与在共聚物中的自组装

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1、摘要碳纳米材料的修饰以及在共聚物中的自组装本文研究了嵌段共聚物PS．PEO及其复合体系的薄膜自组装行为，文章中采用了不同的方法对富勒烯(C60)以及碳纳米管(CNTs)进行了修饰，然后将其衍生物加入嵌段共聚物PS．PEO中，研究了两个复合体系在硅片以及水面上的自组装行为。具体有以下几个方面：1．采用原子转移自由基聚合方法即ATRP对在C60表面接枝了聚苯乙烯PS，得到了极易溶于有机溶剂的褐色粉末C60．PS，可以计算出每个C60表面接枝了3-4个PS链。通过混酸超声得到了切短的多壁碳纳米管，并在碳管表面接着了聚乙二醇，制备了在水溶液中能很好分散的MWNTs．PEG。2．纳米粒子C60以及

2、C60．PS被加入嵌段共聚物PS．PEO，研究其对PS．PEO自组装的影响。研究发现，二氯甲烷和氯仿是较理想的退火溶剂。未经修饰的C60加入复合体系后会发生团聚，且不利于嵌段共聚物层状结构的形成；适量的C60．PS加入有利于PS．PEO层状结构的形成，而且使PS相尺寸变大。对于水上薄膜自组装，基本规律与硅片上薄膜北京化工大学硕士学位论文一直，但影响条件更多，更复杂，短时间退火，C60．PS的加入起关键作用，而当长时间退火时，溶剂气氛则是主要因素。3．经过修饰的碳纳米管同样被加入到嵌段共聚物PS．PEO中，研究发现，碳纳米管的加入对嵌段共聚物PS．PEO自组装有很大影响。加入单臂碳纳米管后

3、，嵌段共聚物PS．PEO自组装成囊泡状，PEO为主要相，单臂碳纳米管位于PEO相内。而多壁碳纳米管的加入，影响更大，经氯仿气氛退火的薄膜多成球状，而经甲苯气氛处理的嵌段共聚物倾向于形成层状结构，多壁碳纳米管分布在PEO相，且层状结构依附多壁碳纳米管生长，即甲苯气氛下，多壁碳纳米管更易诱导嵌段共聚物PS．PEO自组装成规则的层状结构。关键词：共聚物，自组装，C60，CNTs，修饰IIABSTRACTTHEMoDIFICATIoNoFCARBoNNANoM嗡TEIUALSINTHEMoDIFICATIoNANDTHESELF．ASSETⅥBLYOFITSDERIVATIVESINCoPoLY

4、MERInthispaper,theself-assemblyofPS—PEOanditscomplexsystemwereinvestigatedintheformofthinfilms．C60andCNTsweremodifiedindifferentways，andwereaddedtotheblockcopolymerPS—PEOtostudytheeffectsontheself-assemblyonsiliconwaferandattheair／waterinterface．Themaincontentsarelistedasbelow：1．Polystyrene—funct

5、ionalizedC60(C60一PS)Wassynthesizedbyatom-transferradicalpolymerization．C60-PSWaseasilysolubleinorganicsolventstoformbrownsolution，andanaverageof3or4PSchainswasgraftedtooneC60．ShoaMWNTswasobtainedbysonicationinmixedacids，thentheshortMWNTsWasmodifiedbyPEGtogetMWNTs—PEG,whosehasagooddispersioninwate

6、rsolution．2．C60wouldformaggregationsandwasharmfultotheformationofthemicro-phasestructuresofPS-PEOwhileitwasadded．However'whenmoderateC60一PSWasintroduced，orderedmicro-phasestructuresappearedwhichsuggestedthatC60一PSwaspropitioustotheformationoforderedⅡI北京化工大学硕士学位论文lamellarstructure．Moreover,theaddi

7、tionofC60-PScouldincreasethewidthofPSstrips．Nevertheless，itbecomesmorecomplexwhenitreferstotheself-assemblyattheair／waterundersolventvaporforalongtime．Theselectivityofsolventtothepolymerchainsplaysanimportantroleasthea