[发明专利]一维碳纳米材料的聚合物分散剂分散方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一维碳纳米材料的分散剂及分散方法，具体地说涉及一 种一维碳纳米材料的聚合物分散剂，该聚合物分散剂用于在溶剂中分散一维碳 纳米材料。方法属于纳米材料及纳米复合材料领域。

背景技术

一维碳纳米材料以其巨大的长径比和优良的物性成为近年来研究和应用 的热点。其中，碳纳米管可视作由石墨烯经卷绕而成的管状结构，以优良的电 学、力学和热学性能集于一身，而引起了世界范围内的极大关注(S.Reich，C. Thomsen，J.Maultzsch.Carbon Nanotubes：Basic Concepts and Physical Properties，2004，WILEY-VCH Verlag GmbH & KGaA)。与一维碳纳米材料 有关的潜在应用几乎涉及了现代科学研究和社会生活的各个方面，如微电子 学、复合材料、传感器、探针、能源、生物等领域均展现出良好的应用前景。

碳纳米管的制备方法有多种，主要的有电弧放电法、激光蒸发法和化学 气相沉积法等。其中，化学气相沉积法以其可控性好、易规模化生产等成为当 今碳纳米管商业化生产的主要方式，迄今已经达到年产几十吨的规模(A. Thayer.Carbon Nanotubes By The Metric Ton.Chem.& Eng.News，2007，85： 29)。

但是，碳纳米管的应用仍然面临着巨大的技术难题，如碳纳米管几乎不 溶于任何已知溶剂。此外，碳纳米管具有很大的比表面积和彼此间强大的范德 华力，以及一维材料所具有的大长径比(往往超过1000)，使碳纳米管容易 成束或者互相缠绕，难以分散，从而极大地限制了碳纳米管的应用，因此，发 展对碳纳米管的有效分散方法便成为碳纳米管研究和应用领域的一个重点。

据报道，其中一种使碳纳米管分散的方法便是对其表面进行化学修饰， 使其与其它分子形成共价键基础上的结合，从而达到分散的目的(D.Tasis，N. Tagmatarchis，A.Bianco，M.Prato.Chem Rev.2006，106(3)：1105-36.)。该方法 的缺点是其会严重破坏碳纳米管的本体结构和优良的物理性能。从这点上来 说，利用碳纳米管和其它分子间的物理作用对其进行分散具有更大的意义，从 而也成为研究碳纳米管分散的一个重要方向。如已经有大量的研究利用表面活 性剂、核苷酸等对碳纳米管进行分散。但人们已经发现的这些碳纳米管的分散 剂仍然存在着各种各样的问题，如分散能力不高，核苷酸价格昂贵，而表面活 性剂的用量往往又很大，会极大地影响后续产物的性能等。

综上所述，开发良好的碳纳米管分散剂具有极其重要的科研意义和实用 价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对一维碳纳米材料的高效聚合物分散剂，以 及一种一维碳纳米材料的分散方法。发明的构思如下：通过在一维碳纳米材料 和聚合物分散剂主链间形成很强的物理作用，使该聚合物附着于一维碳纳米材 料表面，同时又不会破坏一维碳纳米材料的本体结构；同时，通过聚合物本身 所具有的功能集团间的相互排斥，使得功能化后的一维碳纳米材料互相分离， 达到对一维碳纳米材料分散的目的。实际操作上，可以通过各种方法使分散剂 和一维碳纳米材料混合，如研磨、球磨、超声等。理论上，该聚合物功能化的 一维碳纳米材料可以溶于任何溶剂。通过研究，发现该方法具有多个显著的优 点：(1)可以使得在一维碳纳米材料分散的基础上，保持其基本结构，从而 有利于发挥一维碳纳米材料显著的力学、电学、光学、热学等物理特点； (2)另一方面，附着于一维碳纳米材料表面的聚合物，其功能团可以进一步 与其它的分子进行反应；(3)分散单位质量的一维碳纳米材料所需要的聚合 物分散剂少，一维碳纳米材料与聚合物分散剂的质量比可以达到5以上。

本发明提供一种一维碳纳米材料的聚合物分散剂，其特征在于所述的聚合 物分散剂为烷基纤维素或烷基纤维素的衍生物，分子结构通式为：

式中R＝H、C_mH_2m+1或者C_pH_2pOH

n，p，m为任意正整数，理论上说可以为无穷大；

所述的分散剂至少包含6个功能团，每个功能团为以下三类基团中的任何 一类：