ZnO @ polymer杂化材料的制备和性能的研究

论文摘要

本文通过两种不同的聚合方式合成了ZnO@polymer杂化材料,分别是溶液法合成了KH-570表面修饰的ZnO QDs/PMMA、水溶性ZnO@poly （AA-co-PEG）,乳液法合成了ZnO/PMMA。并利用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、差热-热重分析（TG-DTA）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、荧光光谱（PL）、透射电子显微镜（TEM）、高倍透射电子显微镜（HRTEM）等表征手段对所得杂化材料的结构、光学性能以及反应机理进行了详细的讨论分析,所得结果如下所述:采用原位溶液聚合法成功制备了ZnO QDs/PMMA以及KH-570表面修饰的ZnO QDs/PMMA。并对KH-570的作用及反应机理进行了研究。通过实验发现,当nZn:nKH-570=3:2时为最佳修饰浓度,且保持了ZnO本身的晶型结构。所得的聚合物复合材料由于KH-570的稳定及修饰,在量子点和PMMA链中起到了一个桥连作用,使纳米粒子在聚合物基质中的分散性能得到明显的改善。通过荧光光谱分析,KH-570表面修饰后的ZnO QDs/PMMA的主发射峰并没有发生偏移,且荧光强度略有提高;相反,表面未经修饰的ZnO QDs/PMMA的主发射峰从490nm红移到了510nm,荧光强度明显减弱,同时又出现了380nm左右的紫外发射峰。利用KH-570在热聚合过程中能起到分散和阻隔作用,可以制备合成光学透明的ZnO/PMMA薄膜且具有较强的紫外吸收能力,这一材料有利于开发新的光电应用。以不同的锌盐为前驱体,通过在ZnO表面引发聚合制备得到黄光和绿光发射的ZnO@polymer核壳纳米粒子,此方法能有效地保护ZnO纳米粒子,使其稳定存在于水相中。以PEG600为表面活性剂,制备得到丙烯酸锌,以它为锌盐前驱体合成水溶性ZnO@polymer核壳纳米粒子。所得的复合纳米粒子荧光可调,且通过在水相的稳定性测试表明其发光中心和强度均未发生明显改变。以醋酸锌为锌盐前驱体,丙烯酸钠为修饰剂,同样合成出光色可调的纳米复合材料。与传统的ZnO量子点相比光学性能更加稳定,具备了应用于生物标记和蛋白质吸附等领域的潜力。通过乳液聚合法,以十二烷基磺酸钠（SDS）为表面活性剂,过硫酸钾（KPS）为引发剂,采用两种不同的ZnO纳米粒子在水相中成功合成了ZnO/PMMA复合材料。通过光学性能的检测,我们发现:以商用ZnO纳米粒子为无机前驱体,所制得的杂化材料在紫外光区的吸收能力较PMMA有显著提高,通过调节无机纳米粒子与聚合物之间的组分可以得到球形结构。以ZnO量子点为前驱体,将其包裹到PMMA壳内,通过改变粒径大小可以使其发射峰从488nm的蓝绿光红移到570nm的橙黄光,且复合材料的热稳定性要优于传统聚合物材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 有机-无机纳米复合材料的研究背景及应用
• 1.2.1 利用有机组分改性无机纳米材料
• 1.2.2 基于生物大分子的有机/无机杂化纳米材料
• 1.2.3 自组装有机/无机杂化纳米材料
• 1.3 二元无机化合物中一些重要的纳米材料
• 1.3.1 硫化物纳米材料
• 1.3.2 氧化锌纳米材料
• 1.4 无机-聚合物纳米功能复合材料的制备方法
• 1.4.1 共混法
• 1.4.2 聚合物基体中原位生成纳米粒子
• 1.4.3 纳米粒子和聚合物同时生成
• 1.4.4 纳米粒子存在下单体分子原位聚合
• 1.5 本课题的意义及研究内容
• 第二章 KH570表面修饰的ZnO量子点/PMMA的合成及性质的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料和仪器设备
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.3 结构表征与性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 结构分析
• 2.3.2 形貌分析
• 2.3.3 光学性能分析
• 2.3.4 差热-热重分析
• 2.4 全文小结
• 第三章 水溶性ZnO@聚合物的合成及荧光性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂和仪器
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 结构表征与性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 丙烯酸锌为锌源ZnO @ poly （AA-co-PEG）的研制及其性能的研究
• 3.3.2 醋酸锌为锌源ZnO @ poly （AA-co-PEG）的研制及其性能的研究
• 3.4 全文小结
• 第四章 乳液聚合法制备ZnO/PMMA 杂化材料
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要原料和仪器设备
• 4.2.2 实验步骤
• 4.2.3 结构表征与性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 ZnO@ PMMA 杂化材料的性能研究
• 4.3.2 ZnO QDs@ PMMA 杂化发光材料的性能研究
• 4.4 全文小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的成果