CdS-聚芳醚酮复合材料的制备及性能研究

论文摘要

纳米晶体由于具有量子尺寸效应、量子隧道效应等独特的物理化学性质以及潜在的广泛应用，而受到科研工作者们的广泛关注。但其极易受到外界环境的破坏，因而只有将纳米晶体复合进惰性基质内，才能实现其真正应用。制备纳米晶体-聚合物复合材料就成为实现其应用的极佳途径。聚合物的包覆能够显著提高纳米晶体的稳定性并且实现材料性能的集成，赋予复合材料例如可加工性、化学反应活性等新功能。在本论文中首先我们利用含有苯羧基的线性聚芳醚酮聚合物作为聚合物稳定剂，通过溶剂热法，原位制备了小尺寸CdS纳米晶体，成功得到了发黄绿色荧光的复合材料。而后考虑到聚合物较高的链刚性不利于纳米晶体的表面包覆，我们将含羧基的烷基侧链引入到聚芳醚酮聚合物中，原位制备了CdS-PAEK纳米复合材料。实验结果表明柔性烷基侧链的引入更有利于纳米晶的表面包覆，所得到的复合物的荧光量子效率有了一定的提高。接着我们将支化结构引入聚芳醚酮，利用含有烷基侧链羧基的超支化聚芳醚酮聚合物为配体制得了纳米复合材料。相比于线性聚合物，超支化结构由于其具有大量的末端官能团和三维结构，使其分子内部存在纳米级的空穴，更有利于与无机盐或者有机小分子复合，从而能够更好的实现纳米晶的分散，因而所得到复合物较线性复合材料光学性能有了一定的提高。通过含苯羧基的双酚单体和支化结构三氟单体共聚，我们得到了含有苯羧基的超支化聚芳醚酮聚合物，并以此聚合物为模板制备了纳米复合材料。由于聚合物的支化结构和侧链上刚性苯环的共同作用，能够更好的实现聚合物对纳米晶体的配位及表面包覆，有利于离子的扩散和纳米晶的生成。而实验结果表明，该复合材料不仅光学性能得到明显提高，荧光量子效率达到63%，并且材料具有较好的耐热性能，5%热失重温度为439°C。

论文目录

• 提要
• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米晶体
• 1.2.1 纳米晶体的性质
• 1.2.1.1 量子尺寸效应
• 1.2.1.2 表面效应
• 1.2.1.3 小尺寸效应
• 1.2.2 纳米晶体的制备方法
• 1.2.2.1 有机金属法
• 1.2.2.2 水相合成法
• 1.2.2.3 聚合物模板法
• 1.2.2.4 生物模板法
• 1.2.3 纳米晶体的应用
• 1.3 纳米晶/聚合物复合材料
• 1.3.1 纳米晶/聚合物复合材料的制备
• 1.3.1.1 直接分散法
• 1.3.1.2 自组装法
• 1.3.1.3 配体交换法
• 1.3.1.4 表面接枝法
• 1.3.1.5 掺杂聚合法
• 1.3.1.6 原位生成法
• 1.3.2 纳米晶/聚合物复合材料的应用及意义
• 1.3.2.1 生物领域应用
• 1.3.2.2 光电器件
• 1.3.2.3 环境响应材料
• 1.4 聚芳醚酮树脂
• 1.4.1 超支化聚芳醚酮
• 1.5 本论文设计思想
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验药品
• 2.2 表征方法
• 第三章 CdS-苯羧基聚芳醚酮复合材料的制备及性能研究
• 引言
• 3.1 单体与聚合物的制备及表征
• 3.1.1 单体的制备及表征
• 3.1.1.1 单体酚酞啉的制备
• 3.1.1.2 单体酚酞啉的表征
• 3.1.2 含苯羧基线性聚芳醚酮的制备及表征
• 3.1.2.1 含苯羧基线性聚芳醚酮的制备
• 3.1.2.2 含苯羧基线性聚芳醚酮的表征
• 3.2 CdS/PCA-PAEK 复合物的制备及表征
• 3.2.1 CdS/PCA-PAEK 复合物的制备
• 3.2.2 CdS/PCA-PAEK 复合物的表征
• 3.3 制备条件对复合物发光性能的影响
• 3.3.1 反应时间
• 2+/硫脲摩尔比'>3.3.2 Cd²⁺/硫脲摩尔比
• 2+/PCA-PAEK 摩尔比'>3.3.3 Cd²⁺/PCA-PAEK 摩尔比
• 3.3.4 CdS/PCA-PAEK 复合物的荧光量子效率
• 3.4 本章小结
• 第四章 CdS-烷基链羧基聚芳醚酮复合材料的制备及性能研究
• 引言
• 4.1 含烷基侧链羧基聚芳醚酮的制备及表征
• 4.1.1 含烷基侧链羧基聚芳醚酮的制备
• 4.1.2 含烷基侧链羧基聚芳醚酮的表征
• 4.2 CdS/ACA-PAEK 复合物的制备及表征
• 4.2.1 CdS/ACA-PAEK 复合物的制备
• 4.2.2 CdS/ACA-PAEK 复合物的表征
• 4.3 制备条件对复合物发光性能的影响
• 4.3.1 反应时间
• 2+/硫脲摩尔比'>4.3.2 Cd²⁺/硫脲摩尔比
• 2+/ACA-PAEK 摩尔比'>4.3.3 Cd²⁺/ACA-PAEK 摩尔比
• 4.3.4 CdS/ACA-PAEK 复合物的荧光量子效率
• 4.4 本章小结
• 第五章 CdS-超支化烷基侧链羧基聚芳醚酮复合材料的制备及性能研究
• 引言
• 5.1 含烷基侧链羧基超支化聚芳醚酮的制备及表征
• 5.1.1 含烷基侧链羧基超支化聚芳醚酮的制备
• 5.1.2 含烷基侧链羧基超支化聚芳醚酮的表征
• 5.2 CdS/ACA-HPAEK 复合物的制备及表征
• 5.2.1 CdS/ACA-HPAEK 复合物的制备
• 5.2.2 CdS/ACA-HPAEK 复合物的表征
• 5.3 制备条件对复合物发光性能的影响
• 5.3.1 反应时间
• 2+/硫脲摩尔比'>5.3.2 Cd²⁺/硫脲摩尔比
• 2+/ACA-HPAEK 摩尔比'>5.3.3 Cd²⁺/ACA-HPAEK 摩尔比
• 5.3.4 CdS/ACA-HPAEK 复合物的荧光量子效率
• 5.4 本章小结
• 第六章 CdS-超支化苯羧基聚芳醚酮复合材料的制备及性能研究
• 引言
• 6.1 含苯羧基超支化聚芳醚酮的制备及表征
• 6.1.1 含苯羧基超支化聚芳醚酮的制备
• 6.1.2 含苯羧基超支化聚芳醚酮的表征
• 6.2 CdS/PCA-HPAEK 复合物的制备及表征
• 6.2.1 CdS/PCA-HPAEK 复合物的制备
• 6.2.2 CdS/PCA-HPAEK 复合物的表征
• 6.3 制备条件对复合物发光性能的影响
• 6.3.1 反应时间
• 2+/硫脲摩尔比'>6.3.2 Cd²⁺/硫脲摩尔比
• 2+/PCA-HPAEK 摩尔比'>6.3.3 Cd²⁺/PCA-HPAEK 摩尔比
• 6.3.4 CdS/PCA-HPAEK 复合物的荧光量子效率
• 6.4 复合材料的热性能分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的学术论文
• 致谢