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基于液晶聚合物的碳纳米管和石墨烯分散体系的研究

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摘要

1.1碳纳米管简述

1.1.1碳纳米管的合成

1.1.2碳纳米管的性质

1.1.3碳纳米管的分散

1.2石墨烯简述

1.2.1石墨烯的合成

1.2.2石墨烯的性质

1.2.3石墨烯的分散

1.3用于分散碳纳米管和石墨烯的液晶

1.3.1液晶概述

1.3.2用于分散碳纳米管的液晶

1.3.3用于分散石墨烯的液晶

1.4本论文的研究意义及内容

第2章基于含氟向列液晶聚合物的碳纳米管分散体系的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2含氟向列液晶聚合物的制备

2.2.3碳纳米管-含氟向列液晶聚合物分散液的制备

2.2.6表征

2.3结果与讨论

2.3.1碳纳米管-含氟向列液晶聚合物分散液中碳纳米管浓度的表征

2.3.2碳纳米管在碳纳米管-含氟向列液晶聚合物复合物中混溶性的表征

2.3.3碳纳米管-含氟向列液晶聚合物复合物热致相转变的研究

2.3.4碳纳米管-含氟向列液晶聚合物复合物热稳定性的研究

2.3.5手性液晶-碳纳米管-含氟向列液晶聚合物复合物的偏光织构研究

2.3.6手性液晶-碳纳米管-含氟向列液晶聚合物复合物的选择反射研究

2.3.7手性液晶-碳纳米管-含氟向列液晶聚合物复合物的电光响应研究

2.4本章小结

第3章基于手性液晶聚合物的碳纳米管分散体系的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2手性液晶聚合物的制备

3.2.3碳纳米管-手性液晶聚合物分散液的制备

3.2.4碳纳米管-手性液晶聚合物复合物的制备

3.3.1碳纳米管-手性液晶聚合物分散液中碳纳米管浓度的表征

3.3.2碳纳米管在碳纳米管-手性液晶聚合物复合物中分散状态的表征

3.3.3碳纳米管-手性液晶聚合物复合物热致相转变的研究

3.3.4碳纳米管-手性液晶聚合物复合物热稳定性的研究

3.3.5手性液晶-碳纳米管-手性液晶聚合物复合物的偏光织构研究

3.3.6手性液晶-碳纳米管-手性液晶聚合物复合物的选择反射研究

3.4本章小结

第4章基于手性网络液晶聚合物的碳纳米管分散体系的研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验原料

4.2.2手性网络液晶聚合物的制备

4.2.3碳纳米管-手性网络液晶聚合物分散液的制备

4.2.4碳纳米管-手性网络液晶聚合物复合物的制备

4.2.5手性液晶-碳纳米管-手性网络液晶聚合物复合物的制备

4.2.6表征

4.3结果与讨论

4.3.2碳纳米管在碳纳米管-手性网络液晶聚合物复合物中分散状态的表征

4.3.3碳纳米管-手性网络液晶聚合物复合物热致相转变的研究

4.3.4碳纳米管-手性网络液晶聚合物复合物热稳定性的研究

4.3.5手性液晶-碳纳米管-手性网络液晶聚合物复合物的偏光织构研究

4.3.6手性液晶-碳纳米管-手性网络液晶聚合物复合物的电光响应研究

4.4本章小结

第5章基于羧基手性液晶聚合物的石墨烯分散体系的研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1实验原料

5.2.2羧基手性液晶聚合物的制备

5.2.3石墨烯-羧基手性液晶聚合物复合物的制备

5.2.4手性液晶-石墨烯-羧基手性液晶聚合物复合物的制备

5.2.5光降解实验

5.2.6表征

5.3结果与讨论

5.3.2石墨烯-手性液晶聚合物复合物的热致相转变的研究

5.3.3石墨烯-手性液晶聚合物复合物的热稳定性的研究

5.3.4手性液晶-石墨烯-羧基手性液晶聚合物复合物的电光响应研究

5.3.5氧化锌-石墨烯-手性液晶聚合物复合物的光催化降解研究

5.4本章小结

第6章结论

参考文献

攻读博士学位期间已发表和待发表的论文

致谢

作者简历

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摘要

碳纳米管和石墨烯因为具有优越的热性能、电性能、光学性能和机械性能,已经被广泛用于制备先进功能性材料。然而,由于碳纳米管和石墨烯的表面存在着强烈的π电子云相互作用,使得单个碳纳米管和石墨烯容易形成无规则的团聚。为了能够充分利用碳纳米管和石墨烯,在制备复合材料之前就必须将它们有效分散开来。 本文首次建立了采用含氟向列液晶聚合物作为液晶表面活性剂分散碳纳米管的方法。在该分散体系中,碳纳米管加入含氟向列液晶聚合物的向列型矩阵。被含氟向列液晶聚合物有效负载的碳纳米管的质量随着含氟向列液晶聚合物中的非介晶基元含量的增加而增加,在氯仿、四氢呋喃和氮,氮-二甲基甲酰胺中,含氟向列液晶聚合物分散的碳纳米管最大浓度分别为1.481mg mL-1、1.468mg mL-1和1.452mg mL-1。红外图像系统被首次用来表征碳纳米管分散体系的分散状态,结果表明,含氟向列液晶聚合物中的非介晶基元含量越高,碳纳米管和含氟向列液晶聚合物的混溶性越好。由于含氟向列液晶聚合物和碳纳米管之间存在相互作用力,均一分散的碳纳米管能够增强含氟向列液晶聚合物的热稳定性。由于含氟向列液晶聚合物与碳纳米管和手性液晶都具有亲和性,从而使得碳纳米管与手性液晶具有相容性。分散的碳纳米管能够增强手性液晶的手性稳定性,加速手性液晶的电光响应。 设计并制备了手性液晶聚合物作为液晶表面活性剂来分散碳纳米管。首次通过联合使用傅里叶变换红外光谱仪和紫外-可见-近红外分光光度仪测得了被手性液晶聚合物分散的碳纳米管浓度,分散碳纳米管的能力随着手性液晶聚合物中共轭多环结构摩尔百分比的增加而增强,最大的分散浓度达到0.85mg mL-1。红外图像表明碳纳米管在手性液晶聚合物中具有良好的分散状态。均一分散的碳纳米管有效降低了手性液晶聚合物的玻璃化转变温度,提高了热稳定性。针对由碳纳米管、手性液晶聚合物和小分子手性液晶组成的三元手性体系,采用偏光显微镜分析了碳纳米管在其中的分散状态,结果表明,在手性液晶聚合物的帮助下,碳纳米管和小分子手性液晶具有极好的相容性,被分散的碳纳米管被证明能够增强手性液晶的手性稳定性。 设计并制备了手性网络液晶聚合物作为液晶表面活性剂来分散碳纳米管。紫外-可见-近红外分光光度仪被用来定量测定均一的碳纳米管-手性网络液晶聚合物分散液中的碳纳米管浓度,结果表明手性网络液晶聚合物中共轭多环结构摩尔百分比越高,其负载和分散碳纳米管的能力越强,最大的浓度达到0.79mg mL-1。采用红外图像系统来分析碳纳米管在碳纳米管-手性网络液晶聚合物复合物中的分散性,共轭多环结构摩尔百分比越高,手性网络液晶聚合物的分散能力越好。分散了碳纳米管的手性网络液晶聚合物呈现出降低了的玻璃化转变温度和增强了的热稳定性。手性网络液晶聚合物能够促进碳纳米管与左旋手性液晶的相容性,被分散的碳纳米管被证明能够加快手性液晶的电光响应。 设计并制备了羧基手性液晶聚合物作为液晶表面活性剂来分散石墨烯。分散了石墨烯的羧基手性液晶聚合物的透过率随着波长的增加呈现出非线性的S型增长,然而,从220nm到800nm的总透过率随着复合物中石墨烯含量的增加呈现出线性的减小趋势。归功于石墨烯优越的导热性和石墨烯与羧基手性液晶聚合物之间的相互作用,被分散的石墨烯改善了羧基手性液晶聚合物的玻璃化转变,提高了羧基手性液晶聚合物的热稳定性和热分解活化能。羧基手性液晶聚合物能够促进石墨烯在与小分子手性液晶中的分散,被分散的石墨烯被证明能够降低手性液晶的驱动电压,加快手性液晶的电光响应。被羧基手性液晶聚合物修饰后的石墨烯能够加强氧化锌的光催化降解。

著录项

  • 作者

    林鹏程;

  • 作者单位

    东北大学;

  • 授予单位 东北大学;
  • 学科 高分子化学与物理
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 张宝砚;
  • 年度 2015
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    液晶聚合物; 碳纳米管; 石墨;

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