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微米纳米复合颗粒的制备方法及电磁响应性行为研究

郭红霞  
【摘要】: 光子晶体是一种介电常数周期性变化排列的人工晶体,它提供了一种完全不同的新的控光机制,因而被称为“光的半导体”。电磁流变技术的发展为廉价、简便地形成三维有序结构以制备光子晶体提供了一条新的途径,而这种方法的关键在于制备粒径适当的电磁响应性微粒。本文采用多种包覆方法结合,制备出这种对电磁场响应的复合微粒,并研究了各微粒的性能,及其在电磁场作用下的排列行为。 首先采用分散聚合法在Fe_3O_4氧化物磁性颗粒外包覆了聚苯乙烯,形成Fe_3O_4/PSt磁性聚合物微球,然后,在Fe_3O_4/PSt磁性微球外包覆无定形二氧化钛,获得四氧化三铁/聚苯乙烯/二氧化钛(Fe_3O_4/PSt/TiO_2)复合微粒。用红外光谱、扫描电镜和热分析对粒子的形貌和结构进行了表征,并测试了微粒的介电性能和磁性,结果表明,所制得复合微粒有良好的电、磁响应性。 其次,以聚苯乙烯包覆金属镍粉,形成了Ni/PSt磁性聚合物微球,然后在该微球外包覆二氧化钛,制得了粒径均匀、形态良好的镍/聚苯乙烯/二氧化钛(Ni/PSt/TiO_2)无机-有机结构的多层核-壳复合微球。用红外光谱、X射线衍射及透射和扫描电镜对微球进行了表征,研究了包覆前后微粒的沉降性、导电性、耐蚀性、热稳定性以及在电、磁场作用下的运动。结果表明,所制得的镍/聚苯乙烯/二氧化钛(Ni/PSt/TiO_2)复合微球对电磁场有良好的响应性,在相互垂直的电场与磁场作用下排列形成了一种网状花样结构。 考虑到多孔二氧化硅微球的奇特性质,采用化学镀的方法,在多孔二氧化硅微球上沉积了镍层,形成多孔二氧化硅/镍(SiO_2/Ni)磁性微球,然后在该微球外层包覆了二氧化钛,制得具有无机结构的多孔二氧化硅/镍/二氧化钛(SiO_2/Ni/TiO_2)多层核-壳型复合颗粒。用透射和扫描电镜、能谱以及X射线衍射等对微球进行了表征,研究了包覆前后微粒的热稳定性、沉降性以及在电、磁场作用下的运动。结果表明,所制得的多孔二氧化硅/镍/二氧化钛(SiO_2/Ni/TiO_2)多层核-壳型复合颗粒有良好的电磁响应性,其排列行为可通过施加的外场强度调节。 最后,对所制备的各复合颗粒的形态、性能及其电磁场响应性进行了比较和总结。


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