碳納米管分散狀態對聚乙烯醇薄膜性能的影響

李立（湖北省武漢市華中科技大學材料科學與工程學院，湖北武漢 430074）

碳納米管分散狀態對聚乙烯醇薄膜性能的影響

李立
（湖北省武漢市華中科技大學材料科學與工程學院，湖北武漢 430074）

運用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡對碳納米管分散狀態進行了定性的表征；用紫外可見光光譜對碳納米管分散狀態進行了定量的表征，系統的研究了碳納米管分散狀態對復合材料電學、力學、動態熱機械性能的影響。通過調節超聲過程中的能量輸入，制備出濃度為0.1wt%，具有不同分散狀態的碳納米管去離子/水分散液。將此分散液與聚乙烯醇混合，通過溶液法，制備了濃度為1.0%的碳納米管/聚乙烯醇復合材料。結果表明，碳納米管分散狀態越好，聚乙烯醇薄膜的導電率、拉伸強度、玻璃化轉變溫度越高。

碳納米管 聚乙烯醇薄膜 性能

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器設備

實驗采用的多壁碳納米管（直徑為7-15nm，長度為5-10um）由深圳納米港有限公司提供，聚乙烯醇1797型由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。超聲破碎儀為VCX800，由美國SONICX公司生產。

1.2 實驗基本參數調節（見表1）

1.3 實驗制備

分散液制備：稱取0.2gCNT，將其加入199.8g去離子水中，分別超聲表格中的所示的能量，獲得具有不同分散狀態的0.1%CNT/去離子水分散液。

表1 0.1%碳納米管/去離子水分散液超聲能量的調節

碳納米管/聚乙烯醇復合物薄膜的制備：將適量的聚乙烯醇加入上述分散液，置于硅油攪拌器中，在100℃下攪拌2h。取一定體積的上述懸浮液，抽真空，然后倒入培養皿中，置于真空干燥箱，在60℃下干燥12h，得到碳納米管質量分數為1.0%的聚乙烯醇薄膜。

2 結果與討論

由圖1可知，當超聲能量為30000J時，碳納米管主要以團聚體的形式存在。隨著超聲能量的增加，碳納米管團聚體顆粒逐漸減小，這表明碳納米管的分散狀態逐漸趨于均勻。當超聲能量增加到120000J時，基體中團聚體消失。繼續增加超聲能量，碳納米管的宏觀分散狀態不再發生變化，表明分散液中碳納米管分散狀態達到了宏觀上的均勻。

圖2（a）是不同超聲能量的分散液紫外-可見光光譜，如圖所示，碳納米管在250-270nm之間有最大的吸收，這與文獻報道的一致。圖2（b）為分散液在波長270nm處的吸收強度隨超聲能量的變化。

為了研究碳納米管分散狀態對復合材料性能的影響，本文通過溶液法，將碳納米管分散液制成濃度為1.0wt%碳納米管/聚乙烯醇薄膜，測試了薄膜的電學、力學性能隨分散液超聲時間的變化。圖3 （b）為聚乙烯醇薄膜拉伸強度隨分散液超聲時間的變化關系圖，與薄膜的電導率變化趨勢相同，當超聲能量從30000J增加到150000J時，拉伸強度從 MPa5.19 增加到 MPa6.27，繼續增加超聲能量，聚乙烯醇薄膜拉伸強度下降至 MPa3.24 。

3 結語

（1）采用超聲法，制備了具有不同分散狀態的碳納米管/去離子水分散液。（2）碳納米管分散狀態對聚乙烯醇薄膜的電學、力學、熱機械性能有較大的影響，總的來說，碳納米管分散狀態越好，聚乙烯醇薄膜的電導率、拉伸強度、玻璃化轉變溫度越高。在超聲過程中，同時要考慮碳納米管結構的破壞程度對性能的影響，當碳納米管分散狀態達到穩定后，繼續增加超聲能量，會使得碳納米管結構遭到嚴重破壞，材料的性能出現下降。

［1］Huang H， Liu C H， Wu Y， et al.Aligned carbon nanotube composite films for thermal management［J］.Advanced materials，2005，17（13）:1652-1656.

［2］余華，劉彩鳳.水溶性聚乙烯醇薄膜的研究進展［J］.材料導報，2009 （S1）.