聚合物纳米粒子杂化材料的制备与性能研究开题报告

聚合物纳米粒子杂化材料的制备与性能研究开题报告内容摘要：

Pd 3d5/2的峰比大块的 Pd 金属的 Pd 3d5/2的峰 ( eV )的位置要高 eV, 即 Pd 3d5/2的结合能处于零价的 Pd 金属和二价的 Pd离子的结合能 ( eV)之间。 说明 Pd 纳米粒子主要是 以零价存在于 聚酚藏花红 ，少量以二价存在。 X 射线衍射 X 射线衍射传统地应 用于测定晶体结构， 目 前也广泛用于纳米杂化材料晶型的 测定与表征。 如 下图 三 ， 在 X 衍射图中， ZnS 纳米粒子粉末 XRD 的衍射峰都很宽，说明合成 ZnS 纳米粒子的尺寸很小，其 2⊙ 值分别为 , ，对应着立方闪锌矿结构的 (111),(220)和 (311)三个晶面， ZnS 纳米粒子的晶型为立方闪锌矿结构。 图中也显示了不同 ZnS 含量的纳米杂化材料的 XRD 曲线 .我们也可以看出曲线中有 (111), (220)和 (311)晶面的衍射峰，而且峰强随 ZnS 含量的增加而增加，说明立方闪锌矿晶型 ZnS 纳米粒子成功的 与聚合物进行了杂化 .[27] 10 Figure 3XRD patterns of MEcapped ZnS NPs, polymer matrix and nanoposites with different ZnS NP contents (10 wt%, 20 wt%, and 30 wt%). 3 聚合物纳米粒子杂化材料的性能与应用 聚合 物纳米粒子杂化材料 在基本性能上除了具有普通 杂化材料所具有的共同特点之外还具有以下的特点： (1)可综合发挥各种组分的协同效能 [28]，这是其中任何一种材料都不具备。 (2)性能的可设计性 ，可针对纳米杂化 材料的性能需求进行材料的设计和制造 [29]。 聚合 /纳米粒子杂化材料综合了聚合物 与 纳米粒子两方面的特性，在光学、电子、离子、机械、膜、保护涂层、催化剂、传感器、生物等方面有着、泛的应用 [3031]，目前已成为材料学领域研究的热点。 此外，聚合物 /纳米粒子杂化材料方面的研究对开发具有高性能、有特殊功能的杂化材料具有重 要意义 [3233]。 力学性能 材料的力学性能包括冲击强度、拉伸强度、弯曲模量、断裂伸长等，是结构型材料的主要考察指标。 在聚合物纳米粒子杂化材料中，由于纳米尺寸的分散相具有较大的比表面积和较高的表面能，且具有刚性，因此，填加纳米 粒子增强材 料 的聚合物纳米杂化材料通常都具有比同组分的常规复合材料 或者单组分聚合物材料的力学性能好。 黄悦 [34]等研究发现，用SiC/Si3N2。 纳米粒子与低密度聚乙烯进行熔融共混，只需加入 5%的 纳米粒子 增强材料，杂化材料的冲击强度和拉伸强度均成倍提高，断裂伸长率也有 所 增加 . 光学 性能与应用 吸光特性 纳米粒子对一定波长的光具有良好的吸收性能，其吸光能力大大超过体相材料和大尺寸颗粒。 由于聚合物纳米粒子杂化材料中纳米粒子能够保持本身的一些特性，利用这种特性制备的纳米 杂化材料具有 很强的吸光性能， 可在许多方面加以应用。 例如，在塑料制品表面涂上一层含有能吸收紫外线的聚合物纳米 粒子 杂化胶 ，这层透明涂层可以防止塑料老化。 纳米氧化铝、氧化铁、氧化硅等纳米粒子具有很强的吸收中红外频段光线的特性，加入纤维做成织物后可以对人体释放的红外线起到屏蔽作用，可以增强保温作用。 导电 性和磁性纳米粒子对不同波段的电磁波有强烈的吸收作用，因此与聚合物材料杂化后可以做成具有电磁波吸收性能的涂料、覆膜或结构材料，用于军事隐身防护材料制备。 Dope 等 [35]采用熔融共混 法制备出 PMMA 掺杂体积为 70%的 PMIvIA/SiO2 聚合物纳米杂化材料，厚度为 的该材料，其吸光 率达 99%。 吸波性能 纳米粒子 由于其尺寸远小于红外线、雷达波的波长， 对 红外线、雷达波等 不同波段的电磁 11 波有强烈的吸收作用 ，这种特性在电磁波隐形和声隐形方面有重要的应用，可以制造出各种隐形材料。 光致色变特 性 利用半导体聚合物和纳米粒子杂化材料的光诱导电化学反应，可以制备光之变色材料，彩色显示材料等。 如 Colvin 等人 [36]利用 PPV/CdSe 纳米复合物的电致发光效应制备了发光二极管，发光的颜色取决于 Cd/Se 粒子的尺寸和所施 加的光压。 敏感性能 由于纳米粒子表面积大，表面活性能高，对周围环境极其敏感，可广泛用作敏感材料。 环境（温度，气氛 ，光，湿度）的变化会引起纳米粒子电学，光学等行为的变化，而且纳米粒子在基体中的聚集结构也会发生变化，引起粒子协同性能的变化。 因此可望利用纳米粒子制成敏感度高的小型化 ，低能耗，多功能传感器。 如气体传感器，红外线传感器，压电传感器，温度传感器和光传感器。 Bianconi 等 [37]以 CdS 对氧的化学吸附敏感的性质， 制备出聚合物纳米粒子杂化材料， 在 采用电喷涂的方法制成了氧传感器，并且考察了在不同 Cd:S比率下传感器对氧的敏感程度，结果发现 Cd:S 的比率越高，对氧的化学吸附就越敏感 .王姗等 [38]制备的壳聚糖 /CdS 纳米杂化膜的荧光发射对水体中吡啶的存在十分敏感，这种杂化 薄膜有望发展成为一种重要的水体系吡啶 测定传感薄膜材料 . 催化性能 催化剂的催化活性与催化剂的比表面积成正比，而纳米粒子的高表面能又可以增强催化能力，因此具有大比表面积和高表面能的纳米 杂化材料是非常理想的催化剂形式。 纳米粒子与聚合物杂化之后，既可以保持纳米 催化剂的高催化活性， 又可以通过聚合物的分散作用提高纳米催化剂的稳定性。 这种 催化剂 最显著的是光催化活性很高。 相对于普通的催化剂只能吸收紫外光起到光催化作用， 聚合物纳米粒子杂化催化剂却能在较微弱的可见光源下具有较高的光催化活性。 如氧化锌纳米粒子与聚氯乙烯杂化催化剂 在 200— 800nm 范围内有强吸收[39]，具有较强的催化活性。 这可能是由于聚氯乙烯煅烧得到共轭聚合物上 π π ＊ 电子转移引起的 [40]， 聚氯乙烯分解脱氯化氢变为 π π ＊ 共轭结构 [41]， 共轭结构的聚合物是有效的电子給体，在自然光的作用下被激发，电子可以从共轭聚合物转移到无机半导体氧化锌纳米粒子上，电子在氧化锌纳米粒子上被捕获，就产生电子空穴的有效分离，增强光催化性能。 电学性能 很多导电性纳米粒子与聚合物 进行杂化可以制备聚合物杂化导电材料，如可以制成导电涂料、导电胶等，在电子工业上有广泛应用。 纳米粒子常用金、银、铜等金属纳米粒子或者炭黑，某些金属氧化物纳米粒子也有 应用。 聚合物与纳米粒子进行杂化可以大大提高材料的 电 性能。 导电聚合物 与 纳米粒子杂化 的 材料的电导率处于半导体电导率范围内，影响导电性能的因素很多，主要包括聚合物分子链的掺杂状态，氧化剂的种类，聚合物与纳米粒子之间的相互作用，纳米粒子的含量等。 以聚苯胺纳米粒子杂化材料为例，由于樟脑磺酸离子对聚苯胺与间甲酚溶剂间的氢键作用，增加了共轭高分子链 π 共 轭缺陷的规则性，从而提高了聚苯胺的电导率 [42]。 磁性能与应用 由于纳米粒子的小尺寸效应和久保效应，其磁性能与块状材料截然不同， 1025nm 的铁磁纳米粒子的矫顽力 比相同的宏观材料大 1000 倍，而当矫顽力小于 10nm 时，矫顽力变为 0，表现为超顺磁性。 纳米粒子与聚合物进行杂化之后，能够保持其特有的磁性，因此聚合物杂化材料的磁性主要来源于磁性纳米粒子。 这种 材料在自旋极化设备等磁性材料方面具有潜在的应用，可 以作为药物载体材料、磁性记录媒介材料、高频吸波材料、屏蔽材料等 [4345]，也可以制成各种磁卡、磁流体，广泛应用于电声器件 、 阻尼器件、旋转密封等领域。 这些材料中 纳米相的矫 顽力随温度的降低而增加，这是由于在较低的温度下自旋热激发能较低 [46]。 12 Wan 等 [47]研究表明随着 纳米粒子的含量的提高，杂化材料的饱和磁化强度也会相应的增加。 4 结论与 展望 聚合物纳米粒子杂化材料 同时具有聚合物 和 纳米粒子 的优点 ,大大提高了聚合物的各种性能 ,还 赋予 杂化 材料一些新的性质 ,使其在光 、 电 、 磁 等 领域具有独特的应用前景。 目前各种聚合物纳米粒子杂化材料的研究已有不少报道，但是， 在今后的研究中 ,一方面 应更深入研究 聚合物纳米粒子杂化材料 的结构与性能 的 关系 ,探究改善各种性能的机理，以便 提高 杂化材料 的可设计性 ,使聚合物纳米 杂化 材料的性能具有更大的可调性 ，另一方面， 杂化材料新功能的开发以及原料种类、含量以及 杂 化条件对成品材料性能的影响都是以后研究的重点。 参考文献 ： [1] Eastmond G C, Nguyen H C and Piret WGraft polymerization from glass surfaces,Polymer,chem。