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以聚电解质/乳液为模板制备具有中空/多孔结构的复合材料

张伟  
【摘要】: 在纳米材料的制备方法研究中,科研工作者们一直致力于怎样有效控制纳米材料的化学组成、形貌、结构、尺寸、乃至取向与排布等取得有效控制,以使得制备出的纳米材料符合预期的特殊需求。基于以上的目的,近些年来通过模板法来制备纳米材料获得了广泛的重视,此种方法可预先根据人们希望得到的合成材料设计模板,依赖模板的空间限域及调控作用对合成材料的形貌、大小、结构及排布等进行控制。本论文主要致力于聚合物阳离子电解质以及乳液体系作为制备纳米复合材料的模板研究上,经由这些模板物质制备出具有中空或多孔结构的一系列复合材料,并对其中某些产物做应用性的初步研究。论文中涉及的主要工作归纳如下: 1、在第二章中经由辐射引发分散聚合制备出具有pH响应性的乳胶(具有交联结构的聚阳离子电解质质子化过程的前驱体),并以其为模板物质在酸性水溶液中制备出中空结构的氧化锰微球。在该工作中,研究了诸如分散介质组成、稳定剂与交联剂用量等对制备出乳胶的粒径及分布的影响;并对该类型乳胶的pH响应性行为做了研究,发现其中部分乳胶的膨胀-收缩过程并不可逆:最后研究了无机物前驱体投入量对中空氧化锰微球的球壳厚度影响,并给出了可能的中空结构形成机理。 2、在第三章中,十六烷胺(HEX)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)被用来与聚2-(二乙基胺基)乙基甲基丙烯酸酯(PDEA)(直链形态的有机物阳离子模板物)作为比较物质,它们在酸性水溶液中的质子化程度差异导致各自在充当模板时的差异,质子化程度最高的PDEA阳离子作为模板物质可以制备出粒径分布最窄的产物,且产物形貌特征为由布满介孔薄片组成的花状聚集体;此外,实验的结果还说明这些有机物电解质还参与了对无机前躯体的还原过程;同时,当改变无机物前躯体投入量时发现产物的形貌也随之发生变化,且具有类似的变化规律,即随着前躯体初始投入量提高产物的结构向厚片状发生转变。这些实验结果都表明通过对有机物电解质的种类或电离程度进行控制等途径,可以有效的对制备产物结构进行控制,这对于研究聚合物电解质在溶液中的行为具有丰富的借鉴意义。此外,通过氧化锰产物对茚及苯甲醇氧化反应的催化能力比较实验,研究结果说明这些氧化物产物具有较强的催化活性。 3、在第四章中,以乳液为模板并结合伽马射线辐照引发单体聚合制备出聚苯乙烯/四氧化三钴复合空球。研究了诸如四氧化三钻纳米颗粒及十二烷基硫酸钠投入量对产物形貌以及尺寸的影响;动力学实验发现四氧化三钴纳米颗粒对苯乙烯的聚合有阻聚作用,且中空球的球壳是伴随着聚合时间的推移逐渐闭合的,并根据光电子能谱以及透射电子显微镜的结果给出了可能的中空球形成机理:最后对复合材料的磁性能做了初步研究。 4、在第五章中,以乳液体系为模板,比较了在空间受限(油包水体系)与空间不受限(水包油体系)两种条件下无机产物形貌上的差异,这种形貌差异反应出只有在规定的受限空间内才可能对无机物的形貌进行设计;在此之后通过对无机物前驱体进行热处理的方法获得了具有介孔结构的凹陷八面体四氧化三钴材料。


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