聚合物/无机物纳米复合膜的制备及其光学特性的研究

摘要

以丁基氧锆为无机氧化锆的前体，采用溶胶-凝胶法合成了胶态二氧化锆(ZrO2)纳米晶/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合功能膜和含二氧化锆纳米晶/聚苯乙烯(PSt)复合功能膜，并借助X-射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、溶液萃取实验、紫外可见光谱(UV-Vis)、荧光光谱、热重分析(TGA)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段研究了复合膜的结构、透光性能、光致发光性能、热稳定性能和表面形貌等。XRD结果表明利用水解溶胶.凝胶法可以在较温和的热处理条件下制备单斜晶型ZrO2：FTIR谱图和溶剂萃取结果说明无机ZrO2与聚合物链节之间存在部分共价键的键合作用；FESEM结果显示，当ZrO2含量在一定的范围内时，无机氧化锆与聚合物之间具有较好的相容性，单斜晶型的ZrO2纳米微粒均匀的分散在高分子介质中；而且引入纳米级ZrO2后，PMMA聚合物的透光性能和热稳定性能，尤其是光致发光性能显著提高。 另外，本论文采用溶液共混法，以天然高分子[羧甲基纤维素(CMC)和甲基纤维素(MC)]为基体，制备了含磷钨酸(PW12)的光致变色复合膜(CMC/PW12)和含磷钼酸(PMo12)]的光致不可逆变色复合膜(MC/PMo12)。并用FTIR、XRD、UV-Vis、电子自旋共振谱(ESR)和循环伏安法(CV)等表征手段对CMC/PW12复合膜的结构和光致变色性能及对MC/PMo12复合膜的结构和复合膜中MC与PMo12之间发生的光化学反应机理进行了研究。FTIR和XRD结果表明，合成的两种复合膜中的杂多阴离子仍然保持Keggin结构；FTIR、ESR和UV-Vis结果揭示，在紫外光的激发下复合膜中聚合物的分子链和杂多阴离子之间发生了光化学反应：循环伏安法CV结果证实，在水溶液中，CMC/磷钨酸复合物不能发生光致变色现象，而MC/磷钼酸复合物具有优良的光学变色性。综上所述，CMC/磷钨酸复合膜在紫外线的作用下发生光致变色，颜色从无色变为蓝色；当将其放置暗处，一定的时间内蓝色可退去，因此CMC/PW12是一种典型的光致可逆变色复合物。MC/磷铜酸复合溶液和固体膜在紫外光照射下均呈现稳定的光致不可逆变色。

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摘要

中文文摘

第1章绪论

1.1功能薄膜材料

1.1.1功能薄膜特点与应用

1.1.2无机功能薄膜材料的主要研究方向

1.1.3无机功能薄膜材料的主要制备技术

1.1.4有机功能薄膜

1.1.5有机功能薄膜的制备技术

1.1.6无机/有机功能杂化材料研究进展

1.1.7有机/无机杂化功能薄膜

1.1.8纳米有机-无机复合功能薄膜的特点

1.1.9纳米有机-无机复合功能薄膜的制备方法

1.1.10功能薄膜的表征方法

1.2二氧化锆的概述

1.2.1二氧化锆性质

1.2.2二氧化锆的制备方法

1.2.3二氧化锆的用途

1.2.4二氧化锆的表征方法

1.3光致变色材料

1.3.1光致变色聚合物

1.3.2光致变色化合物

1.3.3光致变色无机物

1.3.4光致变色的应用

1.4多金属氧酸盐概述

1.4.1多金属氧酸盐的结构和特点

1.4.2 Keggin结构的多金属氧酸盐

1.4.3多金属氧酸盐的表征手段

1.5聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)结构与性能

1.6聚苯乙烯(PSt)的结构与性能

1.7选题思想

第2章胶态二氧化锆纳米晶/聚甲基丙烯酸甲酯复合物的制备及光学性能的研究

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1试剂

2.2.2聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的合成

2.2.3锆溶胶的制备

2.2.4 PMMA/ZrO2混合溶胶的制备

2.2.5 PMMA/ZrO2复合膜的浸渍/提拉法制备

2.2.6 PMMA/ZrO2复合膜的表征

2.3结果与讨论

2.3.1锆凝胶的结晶性能分析

2.3.2红外光谱

2.3.3溶剂萃取结果

2.3.4透光性能

2.3.5光致发光性能

2.3.6热重分析

2.3.7扫描电子显微镜

2.3.8透射电子显微镜

2.4结论

第3章含氧化锆纳米晶的聚苯乙烯复合膜的制备及光致发光性能的研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2 PSt/ZrO2混合溶胶的制备

3.2.3浸渍/提拉法制备PSt/ZrO2复合膜

3.2.4 PSt/ZrO2复合膜的表征手段

3.3结果与讨论

3.3.1 X-射线衍射结果分析

3.3.2红外光谱图分析

3.3.3溶剂萃取结果分析

3.3.4紫外-可见光谱分析

3.3.5荧光光谱分析

3.3.6折光率分析

3.3.7聚苯乙烯/ZrO2复合膜的表面形貌分析

3.4本章小结：

第4章羧甲基纤维素/Keggin结构磷钨酸复合膜合成、表征及光致变色性能的研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1试剂及仪器

4.2.2实验方法

4.3结果与讨论

4.3.1红外光谱(FTIR)

4.3.2 X-射线衍射谱(XRD)

4.3.3复合膜的光致变色行为研究

4.3.4电子自旋共振波谱图(ESR)

4.3.5循环伏安法(CV)分析

4.3.6热稳定性能的分析(TGA)

4.4本章小结

第5章Keggin结构磷钼酸与甲基纤维素复合膜的制备及光致变色不可逆性的研究

5.1前言

5.2实验部分

5.2.1试剂与仪器

5.2.2实验过程

5.3结果与讨论

5.3.1 X-射线衍射谱图(XRD)分析

5.3.2外光谱图

5.3.3电子自旋共振波谱图分析(ESR)

5.3.4光致不可逆变色分析

5.3.5循环伏安法

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

个人简历