聚苯胺原位包覆碳纳米管材料的制备及性能.pdf

第%(卷第!期新型炭材料BCD,%(5C,!
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文章编号：%""-$((!（-!""#）"!$""&*$")
聚苯胺原位包覆碳纳米管材料的制备及性能

杨杰，沈曾民，熊涛

（北京化工大学炭纤维及复合材料研究所，北京%"""!&）

摘要：在苯胺的盐酸溶液中，用过硫酸胺（（））作氧化剂，在碳纳米管上原位生成并包覆了聚苯胺，用
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9’;及!’;观察了包覆前后碳纳米管的结构形态，并对这种材料表面性质及微波电磁参数进行了研究。结果表
明：碳纳米管.苯胺重量比为’/%时，生成的聚苯胺可完全包覆在碳纳米管上，包覆层厚度为%"+(0!"+(；碳纳米管
经聚苯胺包覆后表面能增大，包覆后的碳纳米管在水中及固体状态时分散性明显得到改善，微波电磁吸收系数的
实部（，）、虚部（，）及电磁损耗因子（，）均得到了提高，表明聚苯胺包覆后碳纳米管
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有望成为一种电磁波屏蔽材料。
关键词：碳纳米管；聚苯胺；包覆；表面；电磁损耗
中图分类号：!<#(#!<##!文献标识码：=

%前言!实验

自%&&%年日本电镜专家饭岛（>)5)(%）发现碳纳!"#碳纳米管的制备
米管以来［%］，有关碳纳米管的研究热潮不减，主要集碳纳米管采用催化裂解喷雾法合成，以苯作碳
中在碳纳米管的制备与应用方面，碳纳米管的制备源，催化剂采用二茂铁，以硫化物作助催化剂，、
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方法主要有电弧放电法、催化裂解法、激光法、离子作为载气，在下反应制成。合成
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束辐射法、太阳能法、电解法等［!$%!］。碳纳米管的应的碳纳米管分别用甲苯、丙酮浸泡后超声波清洗，
用研究主要在贮能，纳米探针，复合材料增强体，功
?’漏斗过滤，产物在真空干燥箱中)"4下干燥!’.
能涂料及催化剂载体等方面［%#$%(］。其中用碳纳米管备用。
作为复合材料增强体及填料时，碳纳米管严重团聚、
!"!聚苯胺的合成及原位包覆碳纳米管
难于分散的问题一直得不到较好的解决，因而限制
将",*,碳纳米管装入*""(@的三口烧瓶中，
了其性能的发挥。为了改善其分散性，对其进行等
加入配比量的苯胺水溶液及#"(@的%(6#.@盐酸
离子体处理及浓硫酸、浓硝酸等氧化处理，以期在碳溶液，加入的丙酮。在保护及冰水
#(@0*(@7!
纳米管表面挂接活性官能团［%&$!%］，以改善碳纳米管
冷却下用滴液漏斗滴加%(6#.@的与苯胺等当量的
的表面能态及同其他物质的化学反应活性，显然这
过硫酸胺溶液。反应%,*.后用稀盐酸溶液清洗过
些表面改性方法条件苛刻，难以批量制备。聚苯胺滤，直至滤液用溶液滴定无沉淀生成为止，产
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是备受关注的可掺杂导电高分子材料，近年来被应
物在)"4下真空干燥%!.。
用于导电高分子膜，作为填料制备导电胶及防静
!"$电镜分析
电［!!］、耐腐蚀涂料［!#，!’］和隐身材料［!*，!)］。聚苯胺合
用英国!*"$;B$#型9’;，日立C;$%!""?D型
成条件简单，且产物不溶不熔，其分子链中含有亚胺
!’;观察聚苯胺包覆碳纳米管后的形态。
基团使其具有较高的表面能。本研究将碳纳米管分
!"%D射线光电子能谱（DE9）分析
散于苯胺盐酸溶液中，通过苯胺在纳米管表面的吸
.用E"FG)+$’#("FE.4-)2-’#"23F6+)2-公司的
附，原位包覆聚合高能态的聚苯胺，以期改善碳纳米
E8>*#""DE9分析仪分析碳纳米管表面包覆聚苯胺
管的表面性质及电磁性能。
前后元素的表面结合能及A、7、:含量。

收稿日期：!""#$"%$"&；修回日期：!""#$"’$%(
通讯作者：沈曾民，!"#："%"$)’’#’)*#；$%&："%"$)’’#’)*#；’$(%)#：*"+,(-."+/01#)2,13%,+"3,2+
作者简介万方数据：杨杰（%&-!$），男，陕西城固人，博士生，现主要从事复合材料及功能炭材料的研究。’$(%)#：4%+,5)"")")+-)+%,26(
·/&·新型炭材料第!(卷

!"#微波电磁常数的测定
将质量分数为!"#的待测样品均匀分散在熔
融的石蜡中，并浇注于铜质标准模具中，制成厚度
$!!，截面积为!"%!&!!’$$%(&!!的试样，将试
样放入同样截面尺寸的波导中，测试反射和透射系
数，用"#()!"$网络分析仪计算试样的介电常数和
磁导率。

*结果与讨论

$"%聚苯胺的合成
聚苯胺的合成是苯胺盐酸混合水溶液在过氧图!合成聚苯胺的红外光谱图
化物存在下的氧化聚合反应。试验中选择了苯胺&’(%!)*+&),-./+%012!340*+.560*+.’7+8/395:6’9’6+
与过硫酸胺等当量，采用逐渐滴