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《南京理工大学》 2009年
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微纳米核壳及中空结构粒子的制备与性能研究

宋丹  
【摘要】: 核壳结构微纳米粒子具有不同于或优于单组分的性能,可以实现人们在纳米尺度对粒子结构、性能的设计和优化,一直是新材料领域的研究热点。将核壳粒子中的核体去除所得到的中空结构粒子具有比表面积大、密度低及表面渗透性好等特点,在很多高新技术领域具有广阔的应用前景。目前关于微纳米核壳结构粒子的制备与性能研究较多,但以聚合物为核的核壳结构粒子的系统性研究较少。 鉴于微纳米核壳及中空结构粒子的巨大发展潜力,论文以聚合物/金属核壳结构复合微球的制备为切入点,开展了这两种结构粒子的制备方法与性能的研究,为新型结构微纳米粒子的制备及应用研究提供了实验和理论依据。本文的主要研究内容如下: (1)聚合物微球的制备研究 聚合物微球具有制备方法简单、形貌可控性强等优点,是制备核壳结构复合粒子的良好基体。论文对形貌可控微米级聚合物微球的制备方法进行了研究,通过对合成因素的分析,确定了最佳工艺条件,制备了形貌可控的微米级聚合物微球,为后续的研究提供良好的基体。 首先采用分散聚合法制备聚合物微球:讨论了反应体系中单体浓度、引发剂用量、稳定剂用量、溶剂极性、温度、聚合时间以及共聚单体配比等因素对产物形貌、粒径大小和粒径分布的影响,确定了最佳实验配方,制备了出了粒径较小的微米级PS、P(St-MMA)微球;然后以分散聚合法制备的PS微球为种子微球,进行种子溶胀聚合,通过对反应体系中单体浓度、引发剂用量、稳定剂用量、溶剂极性和温度等因素分析,确定了最佳工艺条件,制备出了平均粒径约为7μm、表面光滑、单分散性好的PS微球。 (2)聚合物/金属核壳结构粒子的制备及性能研究 化学镀是制备核壳结构粒子的重要方法,惰性聚合物微球化学镀的关键技术在于对其表面的预处理。论文通过对聚合物表面预处理方法的研究,提出了一种简单、有效的直接活化法。分别采用传统敏化-活化法和直接活化法对微球进行了“活化”处理在微球表面引入了Pd催化活性中心,为后续化学镀提供了条件;对聚合物微球表面化学镀镍的影响因素进行了分析,通过对实验条件的调控,可以制备出包覆层形貌可控、分散性好的PS/Ni核壳结构微球; 对所制备的几种聚合物/金属核壳结构粒子的应用方向进行了探索:分别讨论了纳米PS/Ni复合微球对AP的催化作用、Au/Ni/PS复合微球的导电性能、纳米Pd/PMMA复合微球对Heck反应的催化作用及PS/Ni复合微球的磁性能。结果表明,以聚合物为核体的复合粒子在电、磁和催化等领域具有广阔的应用前景。 (3)中空结构粒子的制备及性能研究 研究了聚合模板法制备中空粒子的可行性:以PS/Ni核壳粒子为前驱体,分别采用煅烧、溶解聚合物核体的方法制备出了中空结构粒子。 鉴于聚合物模板法过程繁琐,本文提出了一种制备中空结构金属粒子的新方法,即“氢氧化物模板法”。该方法以金属氢氧化物(Ni(OH)_2、Co(OH)_2)为模板,以化学镀为沉积手段在模板表面包覆一层合金,然后采用合适的络合剂对模板进行消融,制备出了微纳米级中空结构的Ni-P、Ni-B、Co-B非晶态粒子。与其他制备中空结构粒子的方法相比,氢氧化物模板法具有工艺简单、反应迅速、普适性强等特点,可以制备多种金属或金属合金空心粒子。研究了中空粒子对AP热分解的催化性能,结果表明:该结构的粒子可显著降低AP高温热分解峰的峰温,对AP的热分解有显著的催化效果。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

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【引证文献】
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