Hành vi tự lắp ghép của ống nano carbon được biến đổi bởi copolymer khối amphiphilic

Guojian Wang1,2, Jiayun Yang2, Yilong Wang2, Yuedong Liu2
1Key Laboratory of Advanced Civil Engineering Materials, Ministry of Education, Shanghai, China
2School of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai, China

Tóm tắt

Copolymer khối của poly(tert-butyl methyacrylate) (PtBMA) và polystyrene (PSt) đã được gắn vào ống nano carbon đa lớp (MWNTs) thông qua phản ứng của các nhóm azide ở đầu chuỗi copolymer với bề mặt của MWNTs. Sau khi thủy phân, khối PtBMA đã được chuyển đổi thành khối axit polymethacrylic (PMAA), và cuối cùng MWNTs được biến đổi bằng copolymer diblock amphiphilic đã được tạo ra. Các MWNTs đã được biến đổi được đặc trưng bằng XPS, TGA, FTIR, và Raman, và kết quả cho thấy rằng các copolymer diblock amphiphilic đã được gắn vào MWNTs thông qua liên kết cộng hóa trị. Quan sát TEM và SEM cho thấy rằng MWNTs đã được biến đổi bằng copolymer PMAA-b-PSt (S2) hình thành các cụm ống tự lắp ghép với kích thước lên đến 20 μm trong cả ethanol và chloroform. Tuy nhiên, MWNTs đã được biến đổi bằng copolymer PtBMA-b-PSt (S1) chỉ hình thành các nhóm nhỏ hoặc phân tán như các MWNTs đã được biến đổi riêng lẻ. Các thử nghiệm về độ ổn định phân tán cho thấy S1 có độ ổn định phân tán tốt trong nhiều dung môi (nước, ethanol, acetone, và chloroform) ngay cả sau 20 ngày. Do các cụm ống có kích thước lớn được hình thành bởi tự lắp ghép S2, độ ổn định phân tán của S2 trong tất cả các dung môi trên đã giảm, nhưng vẫn tốt hơn nhiều so với MWNTs ban đầu.

Từ khóa

#ống nano carbon #copolymer khối amphiphilic #tự lắp ghép #ổn định phân tán #axit polymethacrylic

Tài liệu tham khảo

Iijima S (1991) Helical microtubules of graphitic carbon. Nature 354:56–58

Nie HY, Guo W, Yuan Y, Dou ZP, Shi ZJ, Liu Z, Wang HF, Liu YF (2010) PEGylation of double-walled carbon nanotubes for increasing their solubility in water. Nano Res 3:103–109

Fang FF, Choi HJ (2010) Fabrication of multiwalled carbon nanotube-wrapped magnetic carbonyl iron microspheres and their magnetorheology. Colloid Polym Sci 288:79–84

Cao Q, Hur SH, Zhu ZT, Sun YG, Wang CJ, Meitl MA, Shim M, Rogers JA (2006) Highly bendable, transparent thin-film transistors that use carbon-nanotube-based conductors and semiconductors with elastomeric dielectrics. Adv Mater 18:304–309

Wang HM, Michielssens S, Moors SLC, Ceulemans A (2009) Molecular dynamics study of dipalmitoylphatidylcholine lipid layer self-assembly onto a single-walled carbon nanotube. Nano Res 2:945–954

Jin L, Bower C, Zhou O (1998) Alignment of carbon nanotubes in a polymer matrix by mechanical stretching. Appl Phys Lett 73:1197–1199

Smith BW, Benes Z, Luzzi DE, Fischer JE, Walters DA, Casavant MJ, Schmidt J, Smalley RE (2000) Structural anisotropy of magnetically aligned single wall carbon nanotube films. Appl Phys Lett 77:663–665

Chen XQ, Saito T, Yamada H, Matsushige K (2001) Aligning single-wall carbon nanotubes with an alternating-current electric field. Appl Phys Lett 78:3714–3716

Shimoda H, Oh SJ, Geng HZ, Walker RJ, Zhang XB, McNeil LE, Zhou O (2002) Self-assembly of carbon nanotubes. Adv Mater 14:899–901

Huang LM, Cui XD, Dukovic G, O’Brien SP (2004) Self-organizing high-density single-walled carbon nanotube arrays from surfactant suspensions. Nanotechnology 15:1450–1454

Wang GJ, Liu YD (2009) Self-assembly of carbon nanotubes modified by amphiphilic block polymers in selective solvent. Macromol Chem Phys 210:2070–2077

Armitage NP, Gabriel JCP, Gruner G (2004) Quasi-Langmuir–Blodgett thin film deposition of carbon nanotubes. J Appl Phys 95:3228–3230

Meitl MA, Zhou YX, Gaur A, Jeon S, Usrey ML, Strano MS, Rogers JA (2004) Solution casting and transfer printing single-walled carbon nanotube films. Nano Lett 4:1643–1647

Sato M, Sano M (2005) van der Waals layer-by-layer construction of a carbon nanotube 2D network. Langmuir 21:11490–11494

Zhou YF, Yan DY (2004) Supramolecular self-assembly of giant polymer vesicles with controlled sizes. Angew Chem Int Ed 43:4896–4899

Zhou YF, Yan DY (2009) Supramolecular self-assembly of amphiphilic hyperbranched polymers at all scales and dimensions: progress, characteristics and perspectives. Chem Commun 10:1172–1188

Datsyuk V, Guerret-Piécourt C, Dagréou S, Billon L, Dupin JC, Flahaut E, Peigney A, Laurent C (2005) Double walled carbon nanotube/polymer composites via in-situ nitroxide mediated polymerisation of amphiphilic block copolymers. Carbon 43:873–876

Sudha JD, Sivakala S (2009) Conducting polystyrene/polyaniline blend through template-assisted emulsion polymerization. Colloid Polym Sci 287:1347–1354

Baskaran D, Mays JW, Bratcher MS (2004) Polymer-grafted multiwalled carbon nanotubes through surface-initiated polymerization. Angew Chem Int Ed 43:2138–2142

Kong H, Gao C, Yan DY (2004) Constructing amphiphilic polymer brushes on the convex surfaces of multi-walled carbon nanotubes by in situ atom transfer radical polymerization. J Mater Chem 14:1401–1405

Wang GJ, Dong Y, Liu L, Zhao CX (2007) Preparation and characterization of polystyrene modified single-walled carbon nanotube. J Appl Polym Sci 105:1385–1390

Baskaran D, Mays JW, Bratcher MS (2005) Polymer adsorption in the grafting reactions of hydroxyl terminal polymers with multi-walled carbon nanotubes. Polymer 46:5050–5057

Baskaran D, Mays JW, Bratcher MS (2005) Noncovalent and nonspecific molecular interactions of polymers with multiwalled carbon nanotubes. Chem Mater 17:3389–3397

Baskaran D, Mays JW, Zhang XP, Bratcher MS (2005) Carbon nanotubes with covalently linked porphyrin antennae: photoinduced electron transfer. J Am Chem Soc 127:6916–6917

Kong H, Gao C, Yan DY (2004) Controlled functionalization of multiwalled carbon nanotubes by in situ atom transfer radical polymerization. J Am Chem Soc 126:412–413

Datsyuk V, Kalyva M, Papagelis K, Parthenios J, Tasis D, Siokou A, Kallitsis I, Galiotis C (2008) Chemical oxidation of multiwalled carbon nanotubes. Carbon 46:833–840

Kobayashi T, Hirao H, Suzuki A, Terai T, Meguro T (2009) Ion beam irradiation and annealing effects on carbon nanotube dispersed polyimide thin films. Surf Coat Technol 203:2472–2475

Sinani VA, Gheith MK, Yaroslavov AA, Rakhnyanskaya AA, Sun K, Mamedov AA, Wicksted JP, Kotov NA (2005) Aqueous dispersions of single-wall and multiwall carbon nanotubes with designed amphiphilic polycations. J Am Chem Soc 127:3463–3472

Špírková M, Strachota A, Brožová L, Brus J, Urbanová M, Baldrian J, Šlouf M, Bláhová O, Duchek P (2010) The influence of nanoadditives on surface, permeability and mechanical properties of self-organized organic–inorganic nanocomposite coatings. J Coat Technol Res 7:219–288