● 摘要
摘 要
导电材料是材料学科领域的前沿研究课题，是功能高分子材料的重要研究方向，其中高分子导电复合材料具有质轻、性价比高及电阻率大范围可调等特点。特别是，它们很容易加工并组装成在大多数应用中所需要的固态薄膜形态。因此，它们广泛地用作电磁屏蔽材料、燃料电池和过电流保护元件，尤其是化学气敏传感器材料。聚合物大都绝缘，需要加入导电填料。碳纳米管具有纳米级尺寸、大的长径比，优良的电学性能、机械性能和一定的表面吸附性能，是聚合物导电复合材料的理想导电填料。然而，由于碳纳米管自身的范德华作用力影响了其在基体中的分散以及其与聚合物基体的界面结合，这限制了它们的广泛应用。氮氧稳定自由基聚合法虽然可开发分子量可控的、低分子量分布的、具有良好分散性的聚合物导电复合材料。但对于碳纳米管分散性的改善以及其与聚合物两相界面粘合性的提高却不显著。本研究采用引入相容剂作为碳纳米管和聚合物相互作用的桥梁，以此得到稳定的、具有良好分散性的多相导电复合材料，具体包括以下两方面的工作：
第一，采用溶液共混法制备了基于相容剂，多壁碳纳米管接枝聚(苯乙烯-甲基丙烯酸叔丁酯)嵌段共聚物（MWNTs-g-PtBMA-b-PS）的苯乙烯-甲基丙烯酸叔丁酯嵌段共聚物/多壁碳纳米管导电聚合物纳米复合材料（PS-b-PtBMA/MWNTs-COOH），其中PS-b-PtBMA 和MWNTs-g-PtBMA-b-PS通过氮氧稳定自由基聚合的方法合成。 通过红外光谱（FTIR）、核磁共振光谱（1H NMR）、显微共聚焦激光拉曼光谱（Raman）和热重分析（TGA）对导电聚合物复合材料的化学结构与体系组成进行了表征。采用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、扫描电子显微镜（SEM）及透射电子显微镜（TEM）研究了相容剂MWNTs-g-PtBMA-b-PS对制备的纳米导电复合材料中CNTs的形貌和分散性行为的影响。
第二，将制备的导电复合材料组装为薄膜作为传感元件应用，研究了PS-b-PtBMA/MWNTs-g-PtBMA-b-PS/MWNTs-COOH三元导电复合薄膜对氯仿蒸气的响应性；探究了MWNTs-COOH和MWNTs-g-PtBMA-b-PS组成比例及被分析物浓度对响应特性曲线的影响；测试了在相同三氯甲烷浓度下三元导电气敏传感薄膜的重复使用性能，并与未加相容剂的导电气敏传感材料进行了对比。实验结果表明：响应特性曲线受到MWNTs-COOH和MWNTs-g-PtBMA-b-PS组成比例及被分析物浓度的影响。与未加相容剂的导电纳米复合薄膜传感器相比，加有相容剂的传感器表现出优异的响应性、重现性及稳定性。因此，它们可以作为一种极有前景的化学电阻体或电子鼻候选材料用于氯仿蒸气检测。
关键词：导电纳米复合材料，薄膜，电性能，分散行为，气敏响应，相溶剂