环糊精多壁碳纳米管的多元复合电化学多巴胺传感材料的构建及性能(3)
本文主要用环糊精复合碳纳米管材料进行碳纳米管的改性，而环糊精本身的结构是呈锥形的圆筒形分子，具有“外疏水，内亲水”的特异双亲性能的结构[4~6]。同时，本身具有较好性能的碳纳米管由于其溶解性限制，和其他材料相比，碳纳米管材料是惰性材料，较低的溶解度和分散度极大得制约了其在各领域中得应用[7~9]。因此，MWNTs的表面用β-CDs通过非共价键相结合进行改性，可以一定程度上改善碳纳米管的性质，提高其在一些实际应用过程的性能，合成制备出潜在应用范围更广的复合改性材料[10]。
1.1 碳纳米管
1.1.1 概述
在1985年Kroto H. W.、Smalley R. E.和Curl R. F. 这三位科学家发现有“足球”结构特征的C60之后吸引了全世界人的目光，而且这种结构的化学物质的发现和确认也使得他们获得了后来的诺贝尔化学奖[11]。自从1991年日本科学家Iijima发现碳纳米管材料后，碳纳米管材料的研究已经逐渐成为了一个活跃、极具吸引力的领域。后来到1950年左右开始因为在石油化工厂和冷核反应堆发现的碳堆积丝问题，研究者们和专家逐渐开始对其生长机理进行更深入地研究；再到后来1970年开始，研究者们发现，多壁碳纳米管的管壁可以存在于两个石墨电极通电时产生电火花时的时候[12]。至今，碳纳米管的研究已经非常广泛，全世界有很多研究者投入大量的兴趣和精力研究碳纳米管的各种潜在用途，碳纳米管本身就是一种性能比较好的材料。
碳纳米管作为一种碳的新的同素异形体，其概念上的划分是通过由单层还是多层石墨烯无缝卷起来的[13]。因此，碳纳米管主要分为：SWNTs和MWNTs[14]。其中，顾名思义是由一层石墨烯层构成的就是单壁碳纳米管(single-wall carbon nanotube, SWNTs)，如下图1.1 a所示）。乃至两层甚至更多层的就被称为多壁碳纳米管(multi-wall carbon nanotube, MWNTs)，如下图1.1 b所示）。
a) 单壁碳纳米管 b)多壁碳纳米管
图1.1 两种类型的碳纳米管[15]
单壁碳纳米管的结构不是固定的只有一种，其主要有三种结构[16]，如下图1.2 a所示，其中图a由左到右的顺序分别是扶手椅形、锯齿形和手性的碳纳米管。除此之外，碳纳米管另有许多在其他方面存在差异的构造和类型，如下图1.2 b所示，下图中它们不同在于碳原子的六角点阵二维石墨片是如何卷曲然后最终形成圆筒形结构的[17]。
a) 碳纳米管的三种结构
b) 碳纳米管的不同类型
图1.2 碳纳米管三种结构及各种类型[17]
另外，碳纳米管的弹性模量可以达到1 TPa，与金刚石的弹性模量差不多，大概是钢的5倍[18]。由于其与石墨片层的内部结构相似，故可以大胆推测碳纳米管的导电性能较好，在超导和传感器等许多电学运用领域中都有着很吸引人的运用前景。此外，碳纳米管还具有光学和储氢性能等其他应用方面的良好的性能[19]。
1.1.2 碳纳米管改性
虽然碳纳米管力学、导电性及光学性能较好，但是由于其溶解性的严重制约[20]，前人通过许多改性碳纳米管的方法包括物理方法和化学方法来制备复合碳纳米管材料改善碳纳米管的结构，以及提高其具体应用过程的性能。
（1） 有机功能化
目前，碳纳米管的有机官能团功能化改性备受关注，其中包括氧功能组，有机小分子组，聚合物和生物分子（主要包括蛋白质，酶，DNA等等）。经过有机官能团修饰后的碳纳米管，会导致碳纳米管的结构和本身的性质发生变化，从而碳纳米管的性能也会发生变化[21]。
上一篇：芳香基叠氮化合物的合成