《Surface Modification of Nanotube Fillers》是由Vikas Mittal编辑的一本学术著作，由Wiley-VCH出版社于2011年出版。该书聚焦于碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）的表面功能化技术及其在聚合物纳米复合材料中的应用，系统性地总结了非共价和共价修饰方法，并探讨了这些技术对材料性能的影响。全书共13章，由多位学者合作完成，涉及碳纳米管表面改性的理论基础、实验方法及实际应用。

主要作者与机构

• 编辑Vikas Mittal：就职于德国路德维希港的BASF SE公司聚合物研究部门，同时兼任阿联酋石油研究所的化学工程项目。
  
• 其他贡献者：包括来自美国、希腊、新加坡、中国等多国研究机构的学者，如Chao Gao（浙江大学）、Daxiang Cui（上海交通大学）、Nikos Hadjichristidis（雅典大学）等。
  

核心主题与学术背景

碳纳米管因其独特的力学、电学、热学和光学性质，被视为聚合物复合材料的理想增强填料。然而，其疏水性和易团聚特性导致其在聚合物基体中的分散性差，限制了实际应用。本书的核心目标是系统阐述如何通过表面修饰解决这一问题，重点包括：
1. 非共价修饰：通过物理吸附（如聚合物包裹、π-π堆叠）实现功能化，保留碳管本征性质。
2. 共价修饰：通过化学反应（如酸氧化、原子转移自由基聚合）引入官能团，增强与聚合物的界面结合。
3. 应用导向：探讨功能化碳管在生物传感、电子器件、复合材料等领域的潜力。

主要章节与观点

1. 非共价修饰技术

• 聚合物包裹法：如Chapter 2中，Vaibhav Jain等提出通过层层自组装（Layer-by-Layer, LbL）技术，利用聚电解质交替吸附在碳管表面，形成可控的多层结构。例如，用聚乙烯亚胺（PEI）和聚丙烯酸（PAA）构建的涂层可进一步负载金纳米颗粒（Chapter 11）。
  
• π-π堆叠：Chapter 3中，Petar Petrov等利用嵌段共聚物的芘基团与碳管侧壁的π电子相互作用，实现稳定分散。例如，含芘的聚苯乙烯-聚丙烯酸嵌段共聚物可显著提高碳管在有机溶剂中的溶解度。
  
• 生物分子修饰：Chapter 7提到，Ramaiyan Kannan等通过胺基化碳管与生物分子（如DNA、蛋白质）的共价结合，开发了高灵敏度的生物传感器。
  

2. 共价修饰技术

• 酸氧化与酰氯化：Chapter 6中，Daxiang Cui团队通过硝酸氧化在碳管表面引入羧基，再与硫醇化金纳米颗粒共价连接，构建了纳米杂化材料（图1.10）。
  
• 活性聚合方法：
  
  • 原子转移自由基聚合（ATRP）：Chapter 9详细介绍了Chao Gao团队通过ATRP从碳管表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），厚度可调控至3.8–14 nm（图1.13）。
    
  • 阴离子聚合：Chapter 8中，Georgios Sakellariou等利用环氧化物开环聚合在碳管表面接枝聚醚，改善了与环氧树脂的相容性。
    

3. 理论模拟与表征

• 分子动力学与量子力学计算：Chapter 5中，Kausala Mylvaganam等通过模拟碳管在张力、弯曲等机械变形下的化学反应活性，预测了氟化或羧基化修饰的最佳位点。
  
• 表征技术：包括拉曼光谱（Raman）分析D峰/G峰强度比以评估缺陷密度（Chapter 7）、X射线光电子能谱（XPS）测定表面氮碳比以量化胺基化程度。
  

4. 应用案例

• 生物医学：Chapter 10显示，PEI接枝的碳管可高效递送DNA至细胞，且细胞毒性显著降低。
  
• 复合材料：Chapter 11中，等离子体沉积马来酸酐薄膜的碳管与环氧树脂复合后，拉伸强度提升40%。
  
• 电子器件：Chapter 4指出，共轭聚合物（如P3HT）修饰的碳管可用于制备柔性导电薄膜。
  

学术价值与亮点

1. 全面性：首次系统整合了碳管表面修饰的物理与化学方法，涵盖从基础理论到工业应用的完整链条。
   
2. 创新方法：如Chapter 13提出的偶极环加成反应（Dipolar Cycloaddition），为碳管有机功能化提供了新思路。
   
3. 跨学科性：结合高分子化学、材料科学和生物工程，为设计高性能纳米复合材料提供了范式。
   

总结

本书不仅是一本技术手册，更是碳管功能化领域的里程碑式著作。其核心贡献在于：
- 明确了不同修饰方法的优缺点（如非共价修饰保留电学性能，共价修饰增强力学界面）；
- 提供了可复制的实验方案（如ATRP接枝的详细步骤）；
- 展望了碳管在能源、医疗等领域的产业化潜力。对于从事纳米材料研究的学者和工程师而言，本书是不可或缺的参考资源。