伊人网在线观看-超碰人人艹-97超碰在线播放-天天干夜夜艹-日韩成人av电影-国产资源网-九九在线免费视频-超碰男人的天堂-国产精品国产三级国产aⅴ原创-伊人视频在线观看-九九自拍视频-蜜桃视频观看-一级性生活大片-色综合综合-奇米影视777四色

因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的機(jī)械、電學(xué)和其他物理性能,近年來,碳納米管(CNTs)在增強(qiáng)聚合物、改善層壓復(fù)合材料層間斷裂性能及豐富復(fù)合材料功能性等方面顯示出巨大的潛力。為了加強(qiáng)樹脂在CNTs薄膜內(nèi)的浸潤,引入純樹脂薄膜或者降低樹脂粘度是一種簡單、直觀的方法,然而,復(fù)合材料的層間斷裂韌性并沒有得到改善,這可能是因?yàn)镃NTs和樹脂材料之間的粘合性差。因此,有必要對CNTs薄膜做適當(dāng)?shù)母男蕴幚?以增強(qiáng)CNTs與樹脂間的粘附性,進(jìn)而提高兩者的界面結(jié)合力。目前,CNTs改性常用的方法主要有物理法和化學(xué)法,而化學(xué)法強(qiáng)化復(fù)合材料性能的效果更為明顯。例如,通過強(qiáng)酸或者氧化劑等反應(yīng)試劑在CNTs表面接枝反應(yīng)性基團(tuán)(氨基、羥基、羧基等),以便在CNTs與樹脂之間建立共價(jià)化學(xué)鍵;或者使用高溫、高壓、電子輻射等手段直接誘導(dǎo)CNTs管間交聯(lián)化。這些方法往往需要復(fù)雜的工藝和極端的反應(yīng)條件,這不僅限制了CNTs集合體的尺寸,還會(huì)對CNTs及其集合體的結(jié)構(gòu)造成破壞。低溫等離子體處理技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢而備受關(guān)注:首先,該技術(shù)具有廣泛的適用性,可處理絕大多數(shù)材料表面;其次,其工作溫度適中,能有效避免高溫對材料的熱損傷;再次,處理過程采用干式工藝,無須使用溶劑,更加環(huán)保。

低溫等離子體其不僅具有物理特性還具有化學(xué)活性?；瘜W(xué)活性是由其微觀結(jié)構(gòu)中的非彈性碰撞來決定的,歸根結(jié)底是原子物理的成分,包括分子、原子的激發(fā)、電離和離解,但是它化學(xué)活性的核心就是這些非彈性碰撞的生成物-活性基團(tuán)(高能電子,亞穩(wěn)態(tài)原子,中性基團(tuán),光子),這些活性基團(tuán)極其不穩(wěn)定,很容易組成新物質(zhì)。以氧等離子體為例,氧分子在電子的非彈性碰撞下會(huì)產(chǎn)生電離、激發(fā)和離解,會(huì)有氧離子(O2+),激發(fā)態(tài)的氧分子(O2*),游離態(tài)的氧原子O生成,這些基團(tuán)都是具有很強(qiáng)化學(xué)活性的基團(tuán)。

此外,氧離子和氧原子能夠與水分子反應(yīng),生成氫氧離子和羥基自由基。這些活性基團(tuán)可以通過氧化作用影響CNTs中的碳碳雙鍵,經(jīng)過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),在CNTs薄膜表面引入含氧官能團(tuán)(羥基、羧基、羰基等),如圖1所示,從而改變CNTs薄膜表面的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。

圖 1(a)氧等離子體改性CNTs薄膜機(jī)理示意圖,(b)含氧基團(tuán)增強(qiáng)CNTs和樹脂間界面結(jié)合 機(jī)制原理圖 

等離子體處理對CNTs薄膜結(jié)構(gòu)與性能的影響

CNTs薄膜表面形貌變化

圖2顯示了不同等離子體功率處理后CNTs薄膜的表面形貌。原始CNTs薄膜中多壁碳納米管束交錯(cuò)堆疊,呈無規(guī)排布,非晶碳層沉積在CNTs表面,且CNTs薄膜中殘留著鐵催化劑雜質(zhì)(如圖2中的白色顆粒),網(wǎng)絡(luò)孔隙率較高。在低放電功率條件下,CNTs薄膜沒有明顯的變化,但隨著等離子體放電功率的進(jìn)一步增大,CNTs薄膜表面的非晶碳層逐漸消失,微孔尺寸略微變大,但當(dāng)功率達(dá)到100W時(shí),CNTs薄膜表面的CNTs束邊緣變得模糊,部分區(qū)域出現(xiàn)粘連。另外,隨著等離子體功率的增加,CNTs薄膜內(nèi)殘留的鐵催化劑數(shù)量逐漸降低,雜質(zhì)被去除。

圖 2不同等離子體功率處理?xiàng)l件下CNTs薄膜表面形貌SEM圖

CNTs薄膜表面化學(xué)組成

采用X射線光電子能譜儀(XPS)分析等離子體處理前后CNTs薄膜表面的化學(xué)成分。經(jīng)不同功率處理過的CNTs薄膜的XPS全掃描譜圖如圖3所示。從圖中可以看出,CNTs薄膜表面主要含有碳(C)和氧(O)兩種元素。其中C1s譜峰位于284.8eV處,O1s譜峰位于532.5eV處。所不同的是,全譜圖中,C1s與O1s譜峰的峰高均發(fā)生變化,其中O1s譜峰的變化更為明顯,這表明氧等離子體處理使CNTs薄膜的表面元素組成發(fā)生了變化。根據(jù)XPS分析的定量檢測結(jié)果,可以得到CNTs薄膜表面的元素含量,結(jié)果如圖3所示。經(jīng)氧等離子體處理后,CNTs薄膜的C元素含量明顯降低,O元素含量逐步增加,尤其是當(dāng)?shù)入x子體功率為100W時(shí),CNTs薄膜表面的氧元素含量由處理前的1.85%增加到42.87%,相應(yīng)地,O/C比由0.014增大到0.75。這可能是因?yàn)樵诘入x子體處理過程中,氧氣經(jīng)放電處理后形成了原子氧、分子氧、氧離子、過氧化自由基等活性粒子,其與CNTs表面發(fā)生了一系列的反應(yīng),進(jìn)而在CNTs表面引入了大量的含氧官能團(tuán),使得CNTs表面的O元素含量明顯提高。

圖 3 等離子體處理前后CNTs薄膜表面元素的XPS光譜 

為了確定CNTs薄膜表面官能團(tuán)的變化,采用高斯-洛倫茲函數(shù)對全譜圖中的C1s譜峰進(jìn)行相應(yīng)的分峰擬合處理,得到CNTs表面C1s的分峰譜圖,如圖4所示。其中碳碳雙鍵(C=C)、碳碳單鍵(C-C)、羥基(C-O)、羰基(C=O)、羧基(O=C-O)及π-π*分別位于結(jié)合能為284.8eV、285.5eV、286.2eV、287.2eV、288.9eV及291.1eV附近。在原始的CNTs薄膜表面出現(xiàn)了少量的羥基(C-O)、羰基(C=O)、羧基(O=C-O)官能團(tuán),這可能是由樣品表面的污染或雜質(zhì)引起的。經(jīng)等離子體處理后,CNTs薄膜表面的C=C的含量逐漸較少,C-C的含量逐步增加,這表明CNTs的石墨烯結(jié)構(gòu)被部分破壞,且這種破壞的程度隨等離子體功率的增大而增大。這表明碳碳雙鍵被氧化,新的C-O基團(tuán)通過等離子體處理在MWCNTs表面產(chǎn)生。尤其是當(dāng)功率為100W時(shí),C=C鍵的含量由未處理前的69.15%降低到31.42%,這表明CNTs的結(jié)構(gòu)受到了嚴(yán)重破壞,這將導(dǎo)致CNTs薄膜整體性能,尤其是力學(xué)性能的變化。然而,等離子體處理后,CNTs表面的含氧官能團(tuán)的含量得到了有效的提高,即羥基(C-O)的含量由4.86%逐步增加到10.45%;羧基(O=C-O)的含量由1.37%增加到12.42%;同時(shí)羰基(C=O)的含量則由5.41%提高到28.79%,這將有效提高CNTs薄膜的表面極性,有利于改善環(huán)氧樹脂對CNTs薄膜的潤濕性和兩者之間的界面性能。

圖 4 等離子體處理前后CNTs薄膜XPS譜圖的Cls分峰擬合曲線

CNTs薄膜表面潤濕性

良好的樹脂浸潤性是保證CNTs被樹脂浸潤的前提條件。等離子體改性前后CNTs薄膜表面的樹脂接觸角如圖5所示。原始CNTs薄膜的接觸角為106.6°,經(jīng)等離子體改性后CNTs薄膜表面氧化生成了大量的含氧官能團(tuán)如羥基和羧基等,含氧官能團(tuán)的存在改善了CNTs薄膜的表面張力,使得CNTs薄膜的潤濕性得以提高,且隨著等離子體放電功率的增加,含氧官能團(tuán)的含量隨之增加,CNTs薄膜表面與樹脂的接觸角逐漸較小,當(dāng)放電功率為100W時(shí),接觸角為29.5°,CNTs薄膜表面表現(xiàn)出良好的樹脂浸潤性,這將更利于樹脂在CNTs薄膜中的流動(dòng)和浸潤。

圖 5 等離子體改性前后CNTs薄膜表面環(huán)氧樹脂接觸角 

綜上所述：氧等離子體處理對CNTs薄膜的形貌幾乎無影響,但可以改變CNTs薄膜的化學(xué)特性,在其表面生成含氧官能團(tuán),如羧基、羥基和羰基等,進(jìn)而改善環(huán)氧樹脂對CNTs薄膜的浸潤性。