催化剂对原位生成SiO粒子的结构及（PEO）LiClO-SiO复合物膜性能的影响

摘要

本文首先以无机纳米填料SiO<,2>粒子在(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>复合物中的生长过程为研究对象，重点研究聚合物与锂盐对TEOS水解反应与SiO<,2>粒子生长的影响。同时通过改变TEOS水解反应条件，如催化剂种类、溶剂与水的用量等，制备系列SiO<,2>2溶胶样品和PEO/SiO<,2>、(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>等聚合物/SiO<,2>复合材料样品。采用紫外-可见光分光光度计、透射电镜(TIEM)、原子力显微镜(AFM)等手段，对所得样品进行了表征与分析，通过这些方面的分析探讨了原位生成SiO<,2>的机理。本文同时研究了原位生成SiO<,2>粒子的结构对(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>复合物性能的影响，通过酸、碱催化两种方式控制TEOS水解原位生成SiO<,2>粒子，制备(PEO)<,8>LilO<,4>-SiO<,2>复合物。采用差扫描量热(DSC)、X-射线衍射(XRD)、交流阻抗等测试技术对所制备(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>复合物的结晶行为和离子导电性能等进行了表征，同时测定了(PEO)sLiClO<,4>-SiO<,2>复合物膜的气敏响应性和表面性质。 紫外-可见光测试结果表明，酸催化体系下TEOS水解生成的溶胶比碱催化体系下TEOS水解生成的溶胶稳定。TEM分析表明，在TEOS水解体系，SiO<,2>的颗粒空间分布比较均匀，但粒径分布较宽，平均粒径约为35nm，且形状不甚规则，部分粒子间发生了团聚；PEO/SiO<,2>体系中，PEO包覆在SiO<,2>粒子的表面，SiO<,2>约粒径约为100nm，形成了核．壳式有机．无机复合材料。 添加了锂盐的有机．无机复合物体系中，AFM结果表明，酸催化(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>膜表面有均匀分布的SiO<,2>粒子，SiO<,2>粒子与PEO/LiClO<,4>基体结合紧密，凸起的高度仅为18.8nm；碱催化(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>膜表面的SiO<,2>粒子较凸出，凸起的高度为80.5nm。TEM结果表明，酸、碱催化条件下生成的SiO<,2>粒子粒径都在50～100nm之间，且分布都比较均匀。碱催化条件下生成的SiO<,2>粒子为圆球形，且界面过渡层比较明显；酸催化条件下生成的Si02粒子形状不规则，不存在明显的界面过渡层。AFM和TEM的结果都表明酸催化条件下的SiO<,2>粒子与聚合物基体的相容性比碱催化条件下的好。 DSC与XRD分析表明，酸催化(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>和碱催化(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>中PEO的结晶度分别为8.6﹪和10.2﹪，说明添加无机粒子SiO<,2>具有抑制聚合物电解质体系结晶的作用。通过交流阻抗谱图计算得电导率结果表明，酸催化(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>和碱催化(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>电解质膜的电导率随着SiO<,2>含量的增加先不断增大，当SiO<,2>含量达到10wt﹪时，两体系的电导率均达到最大值，继续增加SiO<,2>含量，电导率反而减小。当SiO<,2>含量为10wt﹪时，酸催化(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>和碱催化(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>在30℃时的电导率分别为2.2×10<'-5>S·cm<'-1>和1.1×10<'-5>S·cm<'-1>。气敏性测试结果表明，酸催化(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>复合物膜在空气中的响应电阻为717.1KΩ，在乙醇中的响应电阻为508.1KΩ；碱催化(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>复合物膜在空气中的响应电阻为2792.1KΩ，在乙醇中的响应电阻为796.6KΩ。本体电阻越小，电导率越高，酸催化的电导率比碱催化的高，这与电导率测试的结果一致。接触角测试的结果表明，(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>复合物膜的表面能与(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>复合物解质电导率存在一定关系，表面能大的(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>复合物的电导率小，表面能小的(PEO)<,8>LiClO<,4>-SiO<,2>复合物的电导率大。

目录

文摘

英文文摘

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第一章文献综述

1.1复合固态聚合物电解质

1.1.1聚合物电解质简介

1.1.2复合型固态聚合物电解质的发展

1.1.3复合型固态聚合物电解质的制备方法

1.1.4复合固态聚合物电解质电导率的影响因素与导电增强机制

1.2聚合物/SiO2复合材料的研究

1.2.1聚合物/SiO2复合材料的性能与应用

1.2.2溶胶-凝胶法制备SiO2

1.2.3原位复合法制备聚合物/SiO2复合材料

1.2.4聚合物/SiO2复合材料的研究方法

1.3选题意义与主要研究内容

第二章催化对(PEO)8LiClO4-SiO2复合物结构的影响

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1主要试剂与仪器

2.2.2溶胶-凝胶法制备SiO2

2.2.3原位复合法制备PEO/SiO2

2.2.4原位复合法制备(PEO)8LiClO4-SiO2复合物

2.2.5测试与表征

2.3结果与讨论

2.3.1催化对TEOS水解过程与产物结构的影响

2.3.2催化对原位复合法制备PEO/SiO2复合物结构的影响

2.3.3催化对原位复合法制备(PEO)8LiClO4-SiO2复合物结构的影响

2.4小结

第三章催化剂对(PEO)8LiClO4-SiO2复合物性能的影响

3.1前言

3.2实验

3.2.1主要试剂与仪器

3.2.2测试与表征

3.3结果与讨论

3.3.1(PEO)8LiClO4-SiO2复合物的热分析

3.3.2(PEO)8LiClO4-SiO2复合物的XRD分析

3.3.3(PEO)8LiClO4-SiO2复合物的离子导电性能

3.3.4(PEO)8LiClO4-SiO2复合物的气敏响应性

3.3.5(PEO)8LiClO4-SiO2复合物的表面性质

3.4小结

第四章结论

参考文献

致谢

研究成果