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  近日，中南民族大學(xué)張道洪教授課題組在《ACS Appl. Mater. Inter.》上發(fā)表題為“Simultaneous Improvement on Strength, Modulus, and Elongation of Carbon Nanotube Films Functionalized by Hyperbranched Polymers”的研究論文。中南民族大學(xué)碩士研究生段騫和汪雙元為論文的共同第一作者，張道洪教授為唯一通訊作者，中南民族大學(xué)系第一作者單位，合作者包括澳大利亞CSIRO的Principal Scientist苗孟河博士和武漢工程大學(xué)的陳蘇芳博士。

  碳納米管（CNT）由于其高韌性、高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率等特性，廣泛應(yīng)用于柔性電極材料、導(dǎo)電薄膜、復(fù)合材料和智能紡織品等領(lǐng)域。然而，由于CNT之間較弱的相互作用，使得CNT薄膜僅具有部分本征性能。近年來，研究者們常利用有機(jī)溶劑、環(huán)氧樹脂和機(jī)械滾壓等物理改性方法以及強(qiáng)酸和電子輻射等化學(xué)改性方法來改善CNT薄膜的致密性、強(qiáng)度和導(dǎo)電性。然而有機(jī)溶劑、低濃度聚合物溶液浸漬和干燥后的CNT內(nèi)部仍有明顯界面，強(qiáng)酸改性將破壞CNT內(nèi)部結(jié)構(gòu)，CNT薄膜難于浸漬和均勻功能化等原因?qū)е赂男院蟮腃NT薄膜各部分性能差別較大、數(shù)值離散性高，拉伸強(qiáng)度、模量和延伸率難于同時(shí)提高。

  針對(duì)上述不能同時(shí)提高CNT薄膜強(qiáng)度、模量和延伸率的問題，在國家自然科學(xué)基金、湖北省自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體和中央高校基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)等項(xiàng)目資助下，團(tuán)隊(duì)通過詳細(xì)分析和研究，具有條件溫和、高效快速和可控反應(yīng)特點(diǎn)的硫醇-烯烴點(diǎn)擊反應(yīng)化學(xué)改性CNT薄膜，不僅可以提高導(dǎo)電率、強(qiáng)度和模量，還有望均勻功能化CNT薄膜，提高薄膜性能穩(wěn)定性和延伸率，以此為基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)利用端巰基超支化聚合物（THBP-n）通過硫醇-烯烴點(diǎn)擊反應(yīng)對(duì)原始碳納米管（PCNT）薄膜進(jìn)行功能化，然后對(duì)其進(jìn)行機(jī)械軋制致密化得到超支化聚合物功能性CNT薄膜（HPCNT-n）。該方法制備的HPCNT-n不僅能夠提高薄膜的強(qiáng)度和模量，還能夠協(xié)同增加薄膜的延伸率（圖1）。THBP-n的高巰基含量使CNT之間形成了高度交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，提供了高效的載荷傳遞，提高了所得薄膜的拉伸強(qiáng)度和模量，同時(shí)還具有可壓縮的超支化結(jié)構(gòu)，促進(jìn)CNT之間的變形和滑移，從而提高延伸率（圖2）。這種協(xié)同增強(qiáng)CNT薄膜強(qiáng)度、模量和延伸率的方法為制備高強(qiáng)度CNT薄膜提供了一種新的策略，對(duì)CNT薄膜的規(guī)�；瘧�(yīng)用具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際意義。

圖1 PCNT、致密化碳納米管（PRCNT）和HPCNT-6薄膜的性能（a.應(yīng)力-應(yīng)變曲線，b.拉伸強(qiáng)度和比強(qiáng)度）

圖2 THBP-n協(xié)同增強(qiáng)CNT薄膜拉伸強(qiáng)度、模量和延伸率的機(jī)理示意圖

  該研究團(tuán)隊(duì)入選了湖北省自然科學(xué)創(chuàng)新群體，依托中南民族大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、催化轉(zhuǎn)化與能源材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和超支化聚合物合成與應(yīng)用技術(shù)湖北省工程研究中心，長期從事超支化聚合物合成及應(yīng)用領(lǐng)域研究，主持“超支化聚合物”領(lǐng)域的國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目10項(xiàng)、省重大重點(diǎn)和企業(yè)委托項(xiàng)目30余項(xiàng)，獲授權(quán)國家發(fā)明專利45件。創(chuàng)建武漢超支化樹脂科技有限公司，實(shí)現(xiàn)超支化聚合物系列產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，建成年產(chǎn)千噸級(jí)超支化聚合物生產(chǎn)線。部分成果獲湖北省科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、中國石油與化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等榮譽(yù)。近幾年課題組在超支化聚合物合成（Nature Sustainability, 2019, DOI: 10.1038/s41893-019-0444-6; Chem. Eng. J., 2018, 343: 283; Chem. Eng. J., 2018, 334:1371; Chem. Eng. J., 2020, 281, 122719: 1; Compos. Part B-Eng., 2019, 160: 615; Prog. Org. Coat., 2019, 127:157）和超支化聚合物應(yīng)用（ACS Appl. Mater. Inter., 2019, 11, 39: 36278; Chem. Eng. J., 2019, 371: 145; Nanoscale, 2019, 11, 7188；ACS Appl. Mater. Inter., 2017, 9, 23: 19900; Appl. Surf. Sci., 2019, 486: 144-152）領(lǐng)域的代表性成果促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域快速健康發(fā)展。

  文章信息：Qian Duan#, Shuangyuan Wang#, Qiufan Wang, Ting Li, Sufang Chen, Menghe Miao, Daohong Zhang*. Simultaneous improvement on strength, modulus and elongation of carbon nanotube films functionalized by hyperbranched polymers, ACS Appl. Mater. Inter., 2019, 11(39): 36278-36285. DOI: 10.1021/acsami.9b12368.

  文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b12368