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碳纳米管的分散对碳纳米管各种优异性能的发挥有着至关重要的作用。碳纳米管(CNTs)宏观上为粉末状或团絮状，微观上则是管束之间的互相缠绕。碳纳米管在水相或者有机溶剂里的不可溶解性极大地限制了碳纳米管的研究和应用开发。目前，主要通过共价和非共价两种方法实现CNTs有效分散或者溶解。但是共价化学修饰会破坏CNTs共价结构，从而会降低碳纳米管的力学、光学、电学等性能。表面活性剂可以通过界面改性、空间位阻、静电排斥等作用稳定地将CNTs分散在水相或者有机相中，而且得到结构保持完好的单根分散的CNTs。理解表面活性剂分散碳纳米管的过程和机理对碳纳米管的应用有着非常重要的指导意义。
在本论文中Gemini型表面活性剂被首次应用到CNTs的分散中。与传统单链表面活性剂相比，Gemini表面活性剂具有极低的CMC、很强的降低表面和界面张力的能力、电荷密度高、吸附能力强等特点。此外，鉴于碳纳米管的分散对碳纳米管的诸多应用有着至关重要的意义，我们研究了CNTs分散在水相体系中的光限幅效应、CNTs与两亲聚合物PVA的复合材料性能。得到的主要研究成果如下：
一、阳离子季铵盐型Gemini表面活性剂(C12C6C12Br2)与单链表面活性剂(DTAB)在结构上的差异，使得C12C6C12Br2对多壁碳纳米管(MWNTs)的分散能力和效率远远优于DTAB。临界胶束浓度(CMC)是表面活性剂DTAB在碳纳米管表面发生聚集的关键因素。与DTAB相比，C12C6C12Br2在MWNTs表面的吸附更加紧密。碳纳米管吸附表面活性剂后表面电势(ξ)的改变是影响MWNTs分散性能的关键因素。
二、研究了羧酸盐和磺酸盐型阴离子Gemini表面活性剂(SDUC、C8CPXC8(SO3)2)对MWNTs的稳定、分散行为，在很低的浓度下，阴离子Gemini表面活性剂就可以稳定地分散MWNTs，碳纳米管的平衡悬浮浓度也远远高于在单链阴离子表面活性剂SDS体系中的浓度。不同pH值条件下， SDUC对单壁碳纳米管(SWNTs)的分散能力有很大差异。在pH=12的条件下，SDUC分散SWNTs的悬浮浓度比pH=7时的悬浮浓度高出10倍还多。pH值的改变可以调控SDUC在水溶液中的聚集形态，从而影响表面活性剂分散SWNTs的能力。
三、通过一种简单的Z扫描技术测定了水溶性碳纳米管(MWNTols)和表面活性剂(C12C6C12Br2)分散的多壁碳纳米管在水相中悬浮体系的光限幅性能，并比较了CNTs、C60-OH水相悬浮体系和C60甲苯溶液的光限幅性能。结果表明，分散较好的碳纳米管样品显示出比C60及其衍生物更强的光限幅效应。
四、采用冷冻凝胶的方法制备了MWNTols/PVA复合膜材料，成功地克服了在制备膜材料的干燥过程中存在的碳纳米管沉淀的现象。碳纳米管在两亲聚合物中分散性的好坏直接影响复合材料的力学性能，MWNTols与两亲聚合物PVA有很好的相容性，加入分散均匀的MWNTols，复合材料的力学性能、热稳定性能都有很大的提高。