聚合物/无机物纳米复合材料的制备和性能研究

【摘要】：聚合物/无机物纳米复合材料由于其独特的性能已经引起人们广泛的研究兴趣,而且也必将成为将来材料研究领域的热点之一。它部分克服了单一材料和传统复合材料性能上的缺陷,使材料既具有无机材料的优点(如刚性、高热稳定性和特殊的光电磁性能等)又具有聚合物材料的优点(如弹性、介电性、延展性和可加工性等),而且由于无机粒子在聚合物基体中是以纳米粒子的形式均匀分布的,所以这种纳米复合材料往往还具有在电学、光学、光电和非线性光学等领域的一些特殊应用。溶胶—凝胶法已经成为一种在温和条件下合成聚合物/无机物纳米复合材料极为有效的方法。而非水溶胶—凝胶法在制备纳米复合材料方面也被证实具有很大的潜力,至少可以作为常规溶胶—凝胶法的有效补充,特别在制备多元无机材料以及在某些对水和酸敏感的特殊条件下,非水溶胶—凝胶法更体现出其优势。 本文以水玻璃为前驱体制备二氧化硅纳米溶胶,并且采用溶胶—凝胶法和非水溶胶—凝胶法的结合来制备二氧化硅/过渡金属氧化物纳米无机材料,由于此二元无机材料具有核—壳结构,因此二氧化钛材料的高光催化活性和高团聚倾向均有极大的降低,这对于制备聚合物/二氧化钛纳米复合材料十分重要。相对于纯聚合物材料而言,纳米复合材料除了保持其透明性外还表现出较好的热稳定性和独特的光学性能。 本论文选用多种聚合物和无机物材料来制备聚合物/无机物纳米复合材料,主要开展了以下几个方面的研究工作: (1) 以水玻璃为二氧化硅前驱体,制备聚酰亚胺/二氧化硅纳米复合材料,并详细研究了复合材料的结构、热性能、机械性能、透明性和热膨胀系数等。TGA分析表明纳米复合材料具有比纯聚合物材料更高的热稳定性。加入二氧化硅纳米粒子后,聚酰亚胺的热膨胀系数有很大的下降,特别对复合材料进行适当的结构控制后,其热膨胀系数可以进一步降低,这大大拓展了聚酰亚胺复合材料在微电子领域的应用。