基于离子液体的碳纳米管导电膜研究

作     者：王文君 

作者单位：中国石油大学（北京） 

学位级别：硕士

导师姓名：高金森;聂毅

授予年度：2017年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070205[理学-凝聚态物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：碳纳米管 离子液体 纤维素 导电复合膜 

摘      要：导电材料广泛应用于电化学和生物医学领域。碳纳米管(CNTs)/聚合物复合材料结合了CNTs优异的电、热、机械性能和聚合物良好的弹性、柔性。纤维素作为自然界含量最丰富的天然高分子化合物,运用纤维素代替聚合物制备CNTs/纤维素复合材料能够减少因降解问题带来的环境污染。然而,CNTs在纤维素中极易团聚,与纤维素相互作用较差,制约复合材料性能。促进CNTs分散,是提高复合材料性能的根本途径。本论文采用1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯(EmimDEP)离子液体作为溶剂制备MWCNTs/纤维素复合膜,分别引入十二烷基硫酸钠(SDS)、1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐(CmimBr)和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BmimBF)作为添加剂针对性地促进多壁碳管(MWCNTs)分散。主要研究结果如下:(1)采用机械搅拌法制备复合膜膜液。使用流变仪和光学显微镜对膜液流变性能和MWCNTs分散度进行研究。研究结果表明,复合膜膜液为非牛顿流体,具有剪切变稀的特性。随MWCNTs含量增加,MWCNTs的分散度变差;添加剂的引入明显促进MWCNTs分散,从而增强纤维素与MWCNTs间的缠绕,导致膜液粘度增加。添加剂的引入对MWCNTs分散度的提高效果为SDSCmimBrBmimBF。(2)采用刮涂法制备复合膜。MWCNTs含量增加,与纤维素的相互作用变差。相互作用变差有两个结果,一方面机械性能下降,另一方面MWCNTs表面暴露量增加,自由表面面电导率增加。MWCNTs量的增加,提高了复合膜的热稳定性和比电容。通过进一步改善和调控复合膜的性能,复合膜能够被使用作为电容器电极。(3)添加剂的引入提高了纤维素与MWCNTs相互作用的强度和均匀性。一方面复合膜机械性能和热稳定性提高,另一方面随着复合膜自由表面MWCNTs的分散均匀性的提高,自由表面面电导率提高。对应于三种添加剂对MWCNTs分散度的提高效果,三种添加剂引入对复合膜性能的增强效果为SDSCmimBrBmimBF。