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纳米管以其在电学、光学、催化、储能和生物学等方面的应用前景引起广泛兴趣。如何实现纳米管的大规模控制合成,实现对其尺寸、组成、晶体结构乃至物理化学性质的调控,对于深入研究结构与物性的关联、设计合成具有优越性能的纳米结构材料具有重要意义。本论文以一种天然廉价纳米管粘土一埃洛石为模板,提出了一种制备多尺度、多组分纳米管复合材料的普适方法。主要结果如下:
1)发展了制备有机-无机复合纳米管的方法,具有普适性。以埃洛石为模板,通过对其内外表面进行改性,然后进行不同单体的ATRP聚合,得到聚合物改性的有机-无机复合纳米管。复合纳米管的组分和尺寸可控,可实现从同轴纳米管到同轴纳米棒的结构转变。
2)提出了一种制备多组分复合纳米管的普适方法。将上述聚合物改性的埃洛石纳米管进一步改性(如磺化)衍生高分子凝胶,以凝胶特性诱导功能物质优先生长(如磁性金属镍纳米颗粒、导电性聚苯胺、无机二氧化钛等),实现对其尺寸、组成、晶体结构的调控。同时利用磺酸自催化碳化作用,制备出碳/埃洛石复合纳米管。
3)在上述复合纳米管材料组分和结构控制的基础上,发展了简单可大规模生产制备纳米复合无纺布的方法,具有普适性。对埃洛石进行改性(如引入氨基或异氰酸酯基),通过热处理或化学键的键合,实现管间原位交联,形成纳米无纺布。同时,组分可控,如自由基聚合物(聚苯乙烯)/埃洛石无纺布、缩聚物(聚酰亚胺)/埃洛石无纺布、溶胶.凝胶产物(TiO2)/埃洛石无纺布、衍生物(碳)/埃洛石无纺布等;同时,纳米尺度结构导致其润湿性可以很容易地实现从超疏水到超亲水的转变。