Functionalization of Carbon Nano Materials with Ionic Liquid

Abstract

Two different topic are comprised in this research: Part I topic is gelation, functionalization, solution behaviors of nanodiamonds (NDs) with ionic liquid (IL), Part II topic is an epoxy composite, which reinforced with ionic liquid-functionalized carbon nanotubes. Part I: NDs offer unique physical features such as transparency, super hardness, chemical stability, high conductivity, and biocompatibility. Despite having such excellent features, NDs are aggregate easily during synthesis limiting their utilization. Therefore, the preparation of de-aggregated ND particles is important for widening their applicability. To solve the aggregation problem of ND particles, ND particles are combined with 1-butyl-3-methylimidazolium-based ionic liquids to explore the possibility as an alternative approach. In this work, it has been investigated the surface modification and solution behaviors of ND powder with mean size of 5 nm. It has been also observed that the detonation ND formed a gel with a variety of ionic liquids Part II : An epoxy-based nanocomposite with high electrical conductivity and enhanced mechanical strength has been synthesized with ionic-liquid-functionalized carbon nanotubes (IL-CNTs). With only 0.2 wt% by weight of IL-CNTs, the measured conductivity is 7.65x10^(-3) S/m and the tensile strength increases 22%. A mixed solvent is used to disperse IL-CNTs in the epoxy monomer. The dispersion quality of IL-CNTs in the resin before and after cure is found to be good on the optical microscope and the scanning electron microscope. It appears that the epoxy moiety on the ionic liquid bonds with the amine group in the curing agent while the ions in the same ionic liquid provide a conductive path between CNTs.;본 논문에서는 크게 두 가지의 주제로 구성되어 있다: 파트 I은 gelation, functionalization, solution behaviors of nanodiamonds (NDs) with ionic liquid (IL), 파트 II는 an epoxy composite, which reinforced with ionic liquid-functionalized carbon nanotubes이다. 파트 I: 나노 다이아몬드는 투명도, 초 강도, 화학적 안정성, 높은 전도도와 생체 적합성과 같은 특별한 물리적 특성을 제공한다. 이러한 특별한 특징에도 불구하고 나노 다이아몬드를 합성하는 동안에는 쉽게 엉기기 때문에 그 사용이 제약적이다. 따라서 나노 다이아몬드의 응용도를 높이기 위해서는 엉기지 않는 나도 다이아몬드 입자를 만드는 것이 중요하다. 나노 다이아몬드의 엉김현상을 해결하기 위한 방법으로 기존의 접근 방식과 다른 가능성에 대해 연구하기 위해 나노 다이아몬드 입자를 1-butyl-3-methylimidazolium을 기반으로 한 이온성 액체와 결합하였다. 본 연구에서는 평균 크기 5 nm인 나노 다이아몬드 파우더의 표면 변형과 용액상의 행동에 대해 연구하였다. 또한 detonation 나노 다이아몬드가 다양한 이온성 액체와 혼합하여 젤을 형성함을 확인할 수 있었다. 파트 II: 높은 전기 전도도와 강화된 기계적 강도를 위해 에폭시 작용기를 기반으로 한 nanocomposite과 이온성 액체가 결합된 카본 나노 튜브를 합성하였다. 0.2 wt%의 IL-CNT만으로 7.65x10^(-3) S/m의 전도도와 22%의 장력의 증가를 측정할 수 있었다. 혼합된 용매는 에폭시 단분자를 가지는 IL-CNT를 분산시킬 수 있다. 레진을 사용하기 전과 사용한 후의 IL-CNT의 분산 정도는 광학 현미경과 주사 현미경으로 좋은 상태임을 확인할 수 있었다. 경화제를 사용한 이온성 액체의 아미노 그룹과 연결되어 있는 에폭시 부분은 동일한 이온성 액체의 이온이 CNT사이의 전도성 통로를 제공한다.