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三维胶体晶体及有序大孔材料的制备研究

李鹏  
【摘要】:三维有序大孔(3DOM)材料,不但具有一般大孔材料的比表面积大、空隙率高等特点,而且具有孔洞结构周期性强、大孔均一可调、孔道连通等特点,在催化剂、载体、光子晶体等多方面有广泛的应用前景。 本论文用一种改性的无皂乳液聚合法,成功的制备出了粒径为189nm-1680nm的单分散聚苯乙烯(PS)颗粒,用场发射扫描电子显微镜(FSEM)对PS颗粒进行表征。实验结果表明PS颗粒粒径随单体用量增大而增大;随引发剂用量增加、PVP用量增加、反应温度的增高而减小;随反应时间的增加变化不明显;决定PS颗粒粒径的主要因素是PVP的用量。 采用垂直沉积法,利用不同粒径的单分散PS颗粒,制备出具有蛋白石结构的PS胶体晶体。PS胶体晶体布拉格衍射现象明显,不同粒径的胶体晶体,在自然光条件下显现不同的颜色。用FSEM和紫外可见光分光光度计(UV)对胶体晶体进行表征。着重研究了胶体浓度、蒸发温度、分散溶剂、烧结时间对胶体晶体的影响。利用多次垂直沉积方法,制备出了具有异质结构的PS胶体晶体。 采用浸渍-提拉-清洗法,以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯的溶胶对PS模板进行填充,成功的制备出3DOM TiO_2和SiO_2材料。用FSEM对样品进行观察,发现3DOMTiO_2材料表面平整且未被覆盖,缺陷少、无塌陷、大孔成fcc周期排列。经计算制得的3DOM TiO_2材料大孔收缩率仅为11.9%。XRD结果显示,550℃下煅烧制得的3DOM TiO_2薄膜为锐钛矿结构。TEM表征结果表明,制得的3DOM TiO_2薄膜的骨架由10nm左右的TiO_2纳米小颗粒组成。FSEM图表明,制得的3DOM SiO_2薄膜由fcc周期结构排列的大孔材料组成,大孔之间由小窗口连通,孔收缩率仅为10.4%。本论文第一次用这种简单有效的方法制备高质量的3DOM氧化物材料,具有很好的实用价值。


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