有机高分子／无机物杂化纳米材料.ppt

1、a，1，有机高分子无机物混合纳米材料，a，2，混合材料是从20世纪80年代末开始迅速发展的多学科交叉的材料，1 .无机材料、有机高分子材料及生物物质的特征无机材料：结构材料(高强度、高刚性、高硬度)。 光、电、磁等功能材料(光谱线狭窄)性能长期稳定，寿命长，加工成型困难(高温烧结、冶炼、结晶生长等加工成型方法)，a、3、有机高分子材料：在容易成型加工的高分子材料中，也有结构材料(高强度、刚性、硬度)的高分子材料是光、电、硬度性能、功能长期稳定性比无机材料稍差，a，4，生物物质：对生物活性材料环境非常敏感的混合材料：两种以上不同类型的材料复合，两种以上材料特征兼备的材料，a，5， 大型混合材料：

2、例如玻璃钢(兼具有机高分子的加工容易性和无机材料的高强度特征)小型混合材料：为了得到纳米级和分子级的混合、多功能、高密度集成复合材料，可以满足现在信息时代对材料的高技术要求，a、6， 2 .无机物纳米微粒的结构特性、小尺度杂化材料和大尺度杂化材料的组成和原子或分子的配置相同，小尺度杂化时组成物质的凝聚状态微粒是纳米粒子纳米微粒的特殊性质：纳米微粒表面原子或分子单元在粒子整体上占大的比重， 由于粒子的外层和内部性质不同，在催化科学和非线性光学材料中的应用前景广泛，在纳米材料中出现结晶体内缺陷的概率小的材料中，缺陷容易扩散，晶格中没有残留的缺陷，这是光、电、 作为测定磁等功能材料性能的重要因素的纳

3、米材料可以兼顾无机物分子的分离能级和半导体的连续光谱的优点，因此可以作为光利用的电等功能材料纳米粒子具有量子尺寸效应，其吸收光谱随着粒子变小而产生蓝位移量子效应， 隧道效应是未来微电子器件的基础，由a、9、相同体积的主体、纳米粒子构成的方式远远多于尺度粒子的组成方式，为制造集成化、高蓄积密度的材料提供了条件以上的特征，决定了纳米组件具有高密度、多功能、高集成度、高蓄积密度然后材料透明，用光通信、a、10、3 .制造手段、纳米化学：即化学方法制造纳米杂化材料。 实现纳米杂化的化学方法主要有： (1)在表面活性剂存在下，利用聚电解质来制造。 (2)微乳液法。 (3)使用两亲性的嵌段和接枝共聚物制造

4、纳米杂化材料。 将一部分无机化合物加入嵌段共聚物的微观区域(纳米级)，制成纳米材料。 (4)使用sol gel (溶胶凝胶)法，将网络的介孔的尺寸交联，生成纳米结晶或纳米微粒。 a，11，复杂的条件：需要共同的适当环境。 混合材料的制造中常用的方法是sol-gel法。 这是元素烷氧基化合物水解缩合生成元素氧化物的方法。例如SiO2、TiO2， CrO2等都是无机高分子配合物反应式，M(OR)n-M-OXO (无机聚合物)以原硅酸乙酯为例，为NSI (oc2h5) 4nh2onsi (oh ) 4nc2h5ohn si (oh ) 4nsi2N2 H2O NSI (oh )。 4 .无机有机物纳

5、米杂交化的基本原理、小分子和小分子的杂交化、s杂交化0，所以g杂交化0可以比较容易地实现，杂交化可以小分子和大分子的杂交化，s杂交化的值也大，g杂交化0也可以实现， 混合化也可以实现大分子和大分子的混合化，如果是单纯混合，则在s混合化0、h混合化0，即混合过程中发热，仅能够实现g混合化0的系统很少，所以大分子和大分子的杂种化不能通过简单的混合来实现，但通过反应杂种化5 .杂种化类型、化合物类型：无机有机、无机生物、有机生物、金属聚合物杂种化等界面的本质：两相间用弱键(氢键、范德华力或离子键)杂种化，两相间用强键(共价键、离子共价键)杂种化，起始物质成分：小分子杂种化、大分子杂种化嵌段共聚物杂化

6、、a、14、5.1分子间的小分子杂化、有机小分子有机小分子分散在无机高分子中的无机小分子无机高分子有机小分子可以具有荧光、光致变色或非线性光学性质； 无机高分子是SiO2/TiO2和过渡金属氧化物的凝聚等。 如果向a、15、有机高分子无机微粒无机微粒分散在高分子中的共聚物中添加无机填料，则高分子的力学性能提高，无机小分子被表面处理后，如果与有机高分子更有亲和性，则高分子的性能进一步改善。 由a、16、有机小分子有机高分子有机无机互通网络无机小分子无机高分子、a、17、5.2分子内自混合、一种反应物(包括亲水基)水解缩合，生成具有聚合性基团的物质。 例。 P287 5.3大分子的混合化大分子和大

7、分子的混合化，如果是单纯的混合，则在s混合0、h混合0，即混合过程中发热，只能用g混合0实现，但在这种系统中，大分子和大分子的混合化很简单必须通过反应杂化来实现a、18、5.4大分子间的反应杂化是杂化材料研究的主要方向。 相分离是使纳米级或分子级杂交变得困难的难题，两相间用强化学键(共价键等)连接的话，微区的尺寸就会缩小。 通常的三种实现方法： (1)使聚合物官能化，具有硅烷、硅烷醇或其他官能基，可以与金属醇盐一起水解、缩合，(2)利用聚合物中已经存在的官能基，(3)单体RSi(OR)3，r被光或加热例如，通过光聚合或热聚合得到的带三乙氧基硅烷的聚合物与TEOS或H2O反应，在二氧化硅基体中得

8、到有机聚合物。 a、20、5.5预聚物杂化，预聚物具有小的无机网络，末端基带具有可聚合基团，聚合得到了有机无机杂化材料。 例。 P288 5.6嵌段共聚物的杂化两嵌段共聚物的组成变化引起的形态变化为球形、圆柱形、有序的连续双金刚石结构(OBDD )和层状结构，微观区域的尺寸可以按嵌段的分子量调节为50200A，在纳米级，将无机化合物调节为嵌段共聚物的微观、a、21、6 .混合材料的特征、跟踪反应过程和结构变化特征的最终样品结构的性能、功能特征6.1跟踪反应过程的红外光谱法(IR )观察反应过程中特征基的变化情况，估计可能的反应机制(结合其他手段进行证明)，a、22 荧光光谱荧光探针分子在一些a

9、尺寸下对局部粘度和自由体积非常敏感的一些凝聚体系的固化行为聚合溶液的聚合线种、支链高分子(旋转探针分子的运动受到阻碍，能量以放射迁移形式放出，出现荧光强度的最大值)交联(交联使网络变密， 由于旋转探针逐渐被排除在网络外，因此荧光强度逐渐降低)、a、23、核磁共振法(NMR )例如在Sol-gel反应中Si(OC2H5)4的水解物被si (oc2h5)4H2O si (oc2h5)3(oh ) C2 h 2 (oh )2c5ohsi (oc2h5)2h2o si (oc2h5) (oh )3c2h5ohsi (oc2h5)四种(OH)3 H2O Si(OH)4 C2H5OH控制反应，只是水解不缩

10、合，5种硅用29Si-NMR得到5种不同环境的硅的相对含量，计算动力学参数在基水平研究溶胶凝胶反应过程的最有效方法，a、24、6.2结构特征小角x射线散射法(SAXA) SAXA与尺寸在10-103A范围的电子密度的起伏有关透射电子显微镜的应用很多，可以得到粒子的大形状、大小、尺寸分布等。a、25、7 .结构型杂化材料，加入7.1少量成分改善力学性能的无机微粒分散在有机高分子中能够改善聚合物的力学性能的，通常微米级以上的杂化材料的相分离尺寸为纳米级，能够以低含量显着提高力学性能的一般的无机成分是云母、钽蒙脱土等层状物质，例如作为尼龙蒙脱土的杂化材料的热变形温度从65 (纯尼龙)上升到152(7

11、wt%蒙脱土)的弹性模量的变化，P.292、a、26、7.2是可调节的性能特征：无机材料的高聚合物的良好塑性、韧性、容易加工的杂化材料根据成分的变化，可以得到增强的陶瓷和增强的聚合物，性能可以在其间变化。 例如，参照无机有机高分子混合材料的最大强度达到800MPa、具有良好韧性的传统SiO2增强聚合物的最大强度仅为100MPa的图，P.293、a、27， 8 .功能型混合材料、8.1荧光材料用Sol-gel法将荧光物质，例如罗丹明、香豆素等掺杂到SiO2等多孔物质(凝胶)中，产生荧光的混合材料发光物质陷入到基质的细孔中，与外界处于隔离状态， 避免了环境分子影响下的非放射线失活过程，有利于提高荧

12、光效率的多孔基质的平均孔径在几十几千a之间能控制荧光物质的分散尺度的范围很广，a、28、8.2非线性光学材料具有无机非线性光学结晶、有机非线性光学结晶和聚合物非线性光学材料的特征：无机材料的稳定性好， 均匀性好的有机和聚合物材料的非线性光学系数高、响应快、光学损伤阈值高的Sol-gel技术，可以得到有机无机混合的具有非线性光学响应的干凝胶或薄膜材料具有显色基的硅氧烷的分子，Si(OR)3基水解、缩合混合分子多官能单体也可以均聚或与TEOS反应而杂化，a、29、8.3电致发光材料的特征：有机电致发光材料的发光效率高，容易以全色大面积显示，但工作电压高虽然电阻小，工作电压低，但制造过程比较复杂，另

13、外一方面，有机无机复合电致发光材料能够得到单一材料无法达到的性能，例如，无机半导体含有大量的载流子，有机材料具有高发光效率，混合材料， 代替可以从无机半导体向有机发光层注入电荷使有机发光层高效发光的有机电荷输送层，使用低电阻的无机半导体，将降低了工作电压的无机半导体纳米微粒用于有机无机复合的发光元件的发光层，得到发光颜色可以根据电压进行调整的发光元件，利用纳米微粒的量子尺寸效果， 通过改变粒子的大小得到不同颜色的电致发光，a、31、8.4生物材料保持生物活性并具有良好的加工特征的混合系统，例如，使用Sol-gel技术将酒精酵母和SiO2制成生物复合材料，a、32、8.5其他材料导电性高分子聚苯

14、胺即使进入无机有机高分子网络也具有良好的导电性，该混合材料是无机物(例如，SiO2玻璃和ITO玻璃) 和良好粘着性的优异的电活化涂层磁性材料：-Fe2O3和聚合物形成的纳米材料仍然具有超常磁性的普通聚合物用离子交换树脂和其他交联聚合物TiO2或ZrO2和聚合物制成光波导材料，a、33、9 .应用和前景， 结构材料具有适当的力学性能聚合物和玻璃纤维的接枝或混合，当两相尺寸下降到纳米范围时，力学性能得到了大幅改善。 强化聚合物和强化陶瓷。 涂料、阻隔层和耐划线硬质涂料是用来保护玻璃和柔软的聚合物表面的。 加入过渡金属氧化物微粒，通过改变折射率，可以制作光纤和光波导。 金属表面还使用防腐涂料。 光学应用，染料、荧光染料、光变色染料和非线性光学染料混