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混合使用两种或多种纳米填料是获取性能优异聚合物纳米复合材料的一种有效手段,但如何强化混合填料的协同效应以实现其有效使用则是一个现实的挑战性课题。已有的研究结果表明,将两种填料先制备成纳米杂化异质结构(nano-heterostructure)然后再将其应用于聚合物复合材料是显著提升混合填料“协同效应”的有效实施方案。基于此背景,本课题组拟以蒙脱土(MMT)和单壁碳纳米管(SWNT)为纳米填料,采用自下而上的研究思路,通过分子层级的材料设计,开展利用强静电相互作用制备MMT/SWNT纳米杂化材料的研究工作。MMT/SWNT纳米杂化材料的成功获取,将为今后开展“基于MMT和SWNT混合填料的聚合物复合材料纳米层级构建”提供材料基础,而本研究则着眼于杂化材料制备的前期预研工作,即“水溶性碳纳米管的制备及其应用研究”。考虑到天然MMT(如Na+-MMT)的表面负电特性,改性SWNT在获取水溶性的同时还应具有表面正电特性,以提供其与Na+-MMT间产生强静电相互作用的基础。为此,本研究通过化学接枝方法在SWNT表面引入了烷基季铵盐结构。所得改性碳纳米管(N+-SWNT)表现出了良好的水溶解特性,能够以单根管或较小管束的形式均匀、稳定地分散在纯水中,饱和浓度可达111.1mg.L-1。更重要的是,干燥后的N+-SWNT能够在水中再分散,可循环使用,这一优势是其它已报道的常用水溶性SWNT所不具备的。在成功获取N+-SWNT后,采用简单易行的物理混合方法制备了MMT/SWNT杂化纳米材料,并研究了不同原料配比对杂化材料形态结构与产率的影响。结果表明,在MMT/SWNT=20:1～5:1的较宽范围内,均能获取具有期待结构的杂化纳米材料。如以杂化材料的产率以及实用性做为衡量指标,最佳原料投料比确定为MMT/SWNT=10:1。随后,以杂化纳米粒子为原料,采用研磨法制备了杂化材料水凝胶。研究发现,在适量水存在下,MMT/SWNT杂化粒子依靠静电和弱氢键作用能够形成3D网络结构,宏观上表现出一定的弹性行为特征,即形成了水凝胶,水含量介于75-90wt%。此外,本研究还以N+-SWNT为纳米填料、水溶性聚乙烯醇(PVA)为基体树脂,探究了N+-SWNT在复合材料中的具体应用。亲水性的烷基季铵盐结构使得N+-SWNT不仅能够在PVA基体树脂中均匀分散,而且获得了良好的N+-SWNT/PVA界面结合,所得复合材料因此获得了大幅提高的物理机械性能。在仅加入0.3wt%的N+-SWNT后,复合材料的拉仲强度与杨氏模量就分别达到了99.3±6.3MPa与4.5±0.3Gpa,相较于纯PVA则分别提高了33.3%和32.4%。