（化学专业论文）纳米棒状苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物的合成及应用.pdf

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 作 学 规定， 工大学 盘，允 内容， 保 授权书 作 导 删删舢 y 18 7 7 7 7 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 1 1 1 0 6 0密级 学位授予单位代 1 0 0 1 0 学位授予单位名 北京化工大学 码称 作者姓名化竞学号 2 0 0 8 0 0 1 0 6 0 获学位专业代 获学位专业名称化学0 7 0 3 码 课题来源自选研究方向功能材料 论文题目棒状纳米苯乙烯一甲基丙烯酸甲酯共聚物的合成及应用 s t m m a 共聚物，外场，转化率，棒状纳米聚合物，拉伸强 关键词 度，冲击强度，弯曲强度 论文答辩日期 2 0 1 1 5 1 7 论文类型 1 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师孟庆云教授北京化工大学物理 评阅人1张晓红教授北京化工研究院高分子 评阅人2李增和副教授北京化工大学分子化学 评阅人3 评阅人4 评阅人5 答髓费琵暑痈李殿卿教授北京化工大学 答辩委员1张慧教授北京化工大学 答辩委员2唐光诗副教授北京化工大学 答辩委员3林彦军副教授北京化工大学 答辩委员4于书平副教授北京化工大学 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类 与代码中查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 纳米棒状苯乙烯一甲基丙烯酸甲酯共聚物的合成及应用 摘要 随着纳米技术的发展，将纳米技术与高分子研究相结合，制备出 纳米高分子材料，推动了高分子材料向高性能化，功能化和生物化方 向发展。纳米材料用于聚合物的改性，是提高聚合物性能的重要途径 之一，也是近年来研究的热点。一维纳米聚合物因具有各向异性的特 点，使其在光学、电学以及力学等领域具有重要的研究意义和应用前 景。苯乙烯一甲基丙烯酸甲酯( s t m m a ) 共聚物，不但具有聚苯乙烯 和聚甲基丙烯酸甲酯的优点，而且某些性能得到提高。纳米棒状 s t m m a 共聚物的合成未见报道，本文研究了它的合成方法以及将其 应用到聚合物的改性中。 本文在外电场的作用下，采用乳液聚合的方法进行实验，利用 s e m 、i r 、d s c 和g p c 等方法对聚合反应得到的产物进行分析研究， 结果证明：生成的聚合物为p ( s t m m a ) ，s e m 下看到的是分散的纳米 棒，d s c 测试表明p ( s t m m a ) 粉体的玻璃化温度相对较低，且具有一 定的取向。然后研究了乳化剂以及油水比例等对转化率的影响；而且 研究了电场大小对聚合物的影响；接着研究了氯化钠在乳液中沿着一 维方向生长的情况，制备出氯化钠针状晶体。 本文将共聚物粉体添加到聚合物中，不仅可以改善共混物的相容 性，而且还可以改变共混物的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度。 北京化工大学硕士学位论文 p m m a 的缺口冲击强度提高，弯曲强度提高；p p 的拉伸强度和弯曲 强度提高；p c 的拉伸强度提高。 关键词：苯乙烯一甲基丙烯酸甲酯共聚物，纳米棒状聚合物，转化率， 外场，拉伸强度，冲击强度，弯曲强度 a b s t r a c t s y n t h e s i sa n da p p l i c a t i o na b o u tn a n o r o d s t m m aco p o l y m e r a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fn a n ot e c h n o l o g y c o m b i n i n gn a n o t e c h n o l o g yw i t hp 0 1 ) m e rr e s e a r c h ，i tp r 印a r en a n op o l 皿e rm a t e r i a l s ， p r o m o t i n gp o l y m e r m a t e r i a l st o h i 曲p e r f o n l l a n c e ， 向n c t i o n a la n d b i o l o g i c a ld i r e c t i o n n a n o - m a t e n a l su s e di np o l y m e rm o d i f i c a t i o n ，w h i c h i sa ni m p o r t a n tw a yt oi m p r o v et h ep e r f o 皿a n c eo ft h ep o l y m e ra n da l s o b e c o m er e s e a r c hf o c u si nr e c e n ty e a r s b e c a u s eo fo n e d i m e n s i o n a l p o l y m e rw i t ha n i s o t r o p i cc h a r a c t e r i s t i c s ，t h e yh a v ei m p o n a n ts t l l d y s i g n i f i c a n c e a n d a p p l i c a t i o np r d s p e c t i nm eo p t i c a l ， e l e c t r i c a la n d m e c h a n i c a lf i e l d s s t y r e n e - m e t h y l m e t h a c r y l a t e ( s t - m m a )c o p 0 1 y m e r i n h e r i tp o l y s t y r e n ea n dp o l ym e t h y l m e t h a c r y l a t ea d v a n t a g e s ，i na d d i t i o n ， s o m ep e r f o m a n c ei m p r o v e s n a n or o d - 1 i k es t m m ac o p 0 1 y m e rh a sn o t b e e nr e p o r t e d ，t h i sp a p e rs t u d y si t s s ) ，1 1 t h e s i sa n di t sa p p l i c a t i o nt o p o l y m e r m o d i f i c a t i o n h i 北京化工大学硕士学位论文 i nt h i sp a p e r ，w ei n t r o d u c ee m u l s i o np o l y i l l 耐z a t i o n ，p l a c i n gt h e w h o l es y s t e mi n t oe x t 锄a le l e c t r i cf i e l d ，u s i n gs e m ，i rd s ca n dg p c a n ds oo nt oa n a l y s i st h ep r 印骶通p r o d u c t ，r e s u l t i n gi sm a t 也ep r o d u c ti s s t - m m ac o p o l y m s e ms h o w sd i s p e r s e dn a l l o r o d s ，d s ct e s ti n d i c a t e s t h a tp ( s t - m m a ) p o w d e rh a sr e l a t i v e l y1 0 wg l a s s 仃：m s i t i o nt e m p e r a t u r e ， a n dh a sac e r t a i no r i e n t a t i o n t h e ni ts m d yt h ee f f e c t so f 锄u l s i f i e ra n d o i l w a t e rr a t i oo nm o n o m e rc o n v e r s i o nm t ea n ds oo n ，r e s e a r c h i n gt h e i n l p a c to fa p p i l e df i e l do nt h ep o l y m e r n e x ti ts t u d y ss o d i 啪c h l o r i d e g r o w i n ga l o n go n e d i m e n s i o n a l i ne m u l s i o n ，a n dg e t t i n gn e e d l e l i k e c 巧s t a l so f s o d i u mc h l o d d e w ep u tt h ec o p l o y m e rp o w d e ri n t ot h ep o l m e r ，n o to n l yc a n i m p r o v et h ec o m p a t i b l i l i t yo ft h eb l e n d s ，a n di t c a na l s oc h a n g et h e t e n s i l es t r e n 醇h ，i m p a c ts t r e n g t ha n db l e n d i n gs t r e n g t ho fp o l y m e r t h i s p a p e r m a k ep m m a st h en o t c h e di i n p a c ts t r e n g t h i n c r e a s i n g a n d b l e n d i n gs t r e n g t ha d d i n g ，p p st e n s 订es t r e n g t ha n db l e n d i n gs t r e n 酵h p r o m o t i n g ，p c st e n s i l es t r e n 舀hg e t t i n gb e t t e r k e yw o i t d s ：s t m m ac o p o l y m e r ，n a i l o r o dp o l y m e r ，c o n v e r s i o n r a t e ，e x t e m a l6 e l d ，t e n s i l es t r e n 百h ，i m p a c ts t r e n g t h ，b l e n d i n gs t r e n g t h 1 3 2 纳米高分子材料的制备5 1 4 苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物9 1 5 本课题研究的内容和意义lo 第二章实验部分。：1 2 2 1 实验原料与规格1 2 2 2 实验器材1 3 2 3 纳米棒状苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物( s t m m a 共聚物) 的合成1 4 2 3 1 乳液聚合的实验装置：1 4 2 3 2 电场条件下的聚合反应1 4 2 3 3 样条的制备l5 2 4 测试与表征1 5 2 4 1 共聚单体转化率的测试1 5 2 4 2 聚合物结构的测定1 6 2 4 3s t m m a 共聚物粉体形貌以及复合材料断面形貌的测定1 6 2 4 4 聚合物分子量以及分布的测定1 6 2 4 5 聚合物粉体的x 射线衍射分析1 6 2 4 6d s c 差示扫描量热仪测试聚合物的玻璃化转变温度1 7 2 4 7 复合材料透光率、雾度的测试1 7 北京化工大学硕士学位论文 2 4 8 共混高聚物力学性能测试1 7 第三章非自然环境下制备纳米棒状苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物。1 9 3 1 引言19 3 2 结果与讨论2 0 3 2 1 单体转化率的分析2 0 3 2 2 红外光谱的分析2 6 3 2 3 聚合物粉体的s e m 分析2 7 3 2 4s t m m a 共聚物粉体的差示扫描量热分析3 0 3 3 本章小结。3 l 第四章聚合物改性研究3 2 4 1 引言3 2 4 2 结果与讨论3 2 4 2 1 共聚物的形貌3 2 4 2 2 共聚物的红外3 3 4 2 3 共聚物粉体的分子量及分布3 4 4 2 4 共聚物粉体的玻璃化转变温度3 4 4 3 纳米棒状s t - m m a 共聚物对p p p s 的影响3 5 4 。3 。1p p 与p s 共混样条的断面形貌3 5 4 3 2s t m m a 共聚物对p s p p 力学性能的影响3 6 4 3 3p p 光学性能分析3 8 4 4 纳米棒状s t m m a 共聚物对p m m a p s 的影响3 9 4 4 1p m m a 力学性能分析3 9 4 4 2p m m a 光学性能分析4 2 4 5 纳米棒状s t m m a 共聚物对p c p s 的影响。4 3 4 5 1p c p s 力学性能的分析4 3 4 6 本章小结4 5 第五章聚合物乳液与无机盐的相互作用。4 6 目录 5 1 实验部分4 6 5 1 1 制备苯乙烯甲基丙烯酸甲酯的乳液4 6 5 1 2 制备针状氯化钠晶体4 6 5 2 结果与分析4 6 5 2 1 实验结果4 6 5 2 2 光学显微镜观察纤维丝状物4 7 5 2 3 扫描电镜分析4 8 5 2 4 丝状物的x 】r d 分析4 9 5 3 本章小结5 0 第六章结论51 参考文献5 2 致谢 。5 4 研究成果及发表的论文5 5 作者与导师简介5 6 i 北京化t 大学硕士学位论文 co n t e n t s c h a p t e r li n t r o d u c t i o n 。”1 1 1n 觚om a t e r i a l si n t r o d u c t i o n 2 1 1 1c h a i a c t e r i s t i c so f n 锄o m a t e d a l s 2 1 1 2a p p l i c a t i o no fn 趾o - m a t e r i a l s 2 1 1 3d e v e l o p m e n to f n a n o m a t e r i a l 3 1 2o n ed i m e i l s i o n a ln 2 m o m a t e r i a l s 3 1 2 1h i n o d u c t i o no fo n ed i m e n s i o n a ln 觚o - m a t e r i a l s 一3 1 2 2p r 印a r a t i o no fo n ed i m 明s i o n a ln 锄o m a t e r i a l s 一3 1 3n a n op 0 1 ) ，1 1 1 e f 5 1 3 11 1 1 t r o d u c t i o no fn a n op o l 肿e r 5 1 3 2 p r 印a r a t i o no fn a n op o l 严e r 5 1 4s t m m ac o p o l y m e r 9 1 5p r e s e n to f t h er e s e 鲫c hs u b j e c t 1 0 c h a p t e r 2e x p e r i m e n t a lp a r t 。12 2 1e x p 耐m e n t a lm a t 耐a l sa n ds p e c i f i c a t i o n s 12 2 2e x p 出锄t a le q u i p m e n t s 13 2 3p r e p a r 撕o no f n a l l o - r o ds t m m ac o p o l y r n e r 1 4 2 3 1p 0 1 ) ，i l l 舐z a t i o no f e x p 耐m e n t a li 1 1 s t a l l a t i o n 1 4 2 3 2p o l y m e r i z a t i o no f o ne l e d 晡cf i e l d 1 4 2 3 3p r 印觚m o no fs p l i n e 1 4 2 4t e s t i n ga n dc h a r a m e r i z a t i o n 15 2 4 1c i e t e n n i n a t i o no f t h ec o n v e r s i o nr a t eo f m o n o m e r s 15 2 4 2d e t e n n i n a t i o no f o fp o l y m e rs t m c t l l r e 。16 2 4 - 3m o 叩h o l o g yo fs t m m ac o p o l y m e rp o w d e ra i l d 伍咖r es 耐a c eo fc o n l p o s i t e l6 2 4 4m o l e c u l a rw e i 曲ta n dd i s 蜘| b u t i o no f p o l y m e r 一1 6 2 4 - 5x r a yd i 韵晌c t i o n ( x i m ) a i l a l y s i so f p o l y m e rp o w d e r 16 2 4 6t go f p o l y l i l e rd e t 锄i n a t i o nb yd s c 1 7 2 4 7 ，l i t t a i l c e 锄dh a z eo fc o m p o s i t em a t 耐a l 17 c o n t e n t s 2 4 8m e c h a n i c a lp r 叩e n i e so f p o l 舯e rb l e i l d s 1 7 c h a p t e r3p r e p a r a t i o no fn a n o r o dp ( s t - m m a ) b yp o l y m e r 娩a t i o n u n d e rn o n n a t u r ec o n d i t i o n 。1 9 3 1i n n ? o d u c t i o n 1 9 3 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 2 0 3 2 1a n a l v s i so f m o n o m e rc o n v e r s i o n 一2 0 3 2 2i ra n a l v s i s 2 6 3 2 3s e m 雒a l y s i so f p o l m e rp o w d 贸2 7 3 2 4d s c a i l a l y s i so fs t - m m ac o p o l y m e rp o w d e r 3 0 3 3s u m m a r v 31 c h a p t e r4p o l y m e r m o d i 6 c a t i o n 。3 2 4 1h 1 仃o d u c t i o n 3 2 4 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 2 4 2 1m o 叩h o l o g ) ，o fc o p o l y m e r 3 2 4 2 2i ro fc o p o l y m e r 3 3 4 2 3m o l e c u l a rw e i g h t 觚dd i s t r i b u t i o no f c o p o l y m e rp o w d e r 3 4 4 2 4t go f o o p o l y m e rp o w d e r 3 4 4 3e 保败o fs t - m m ac o p 0 1 肿e rt 0p p p s 3 5 4 3 1f r a c t l l r es l i r f a c eo f s p l m e 3 5 4 3 2m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 3 6 4 3 3 叫i c a lp r o p e n i e s 3 8 4 4e 虢c to fs t m m ac o p 0 1 y m e rt op m m a p s 3 9 4 4 1p m m am e c h a l l i c a lp r o p e n i e s 3 9 4 4 2p m m ao p t i c a lp r o p e r t i e s 4 2 4 5e 艉c to fs t m m ac o p o l y i i l e rt op c p s 4 3 4 5 1n i e c h a n i c a lp r o p e n i e s 4 3 4 6s 1 】：i l m a r y 。4 1 ； c h a p t e r 5i n t e r a c t i o no fp o l y m e rl a t e xa n di n o r g a n i cs a l t s 。4 6 v 北京化三奎兰竺：三兰竺笙兰 一 4 5 1e x p 甜m e n t 5 1 1p r q p a r a t i o no fp ( s t m 1 v 重a ) e 】m u l s i o n 4 0 5 1 2p r 印瑟a t i o no f n a c l n e c d l e 1 i k ec r y s t a l s 4 0 5 2r e s u l t s 柚dd i s c u s s i o n 4 0 5 2 1e x p e r i m e n t a lp h e f l o m e i l a 5 2 2o p t i c a lm i c r o s c o p ya i l a l y s i s 4 0 5 2 3s e ma n a l y s i s 5 2 4 ) a r d a i l a l y s i s “ 5 - 3s l 蛐m a r y 5 0 c h a p t e r6s u m m a r y 5 1 r e f e r e n c e s 5 2 t h a n l s 一5 4 r e s e a c hf i n d i n g sa n d a c a d e m i ca r t i c a l s 。”“”5 5 b r i e fi n t r o d u c t i o nt ot h ea u t h o ra n d t u t o r 。”5 6 符号说明 符号说明 容器的质量，g 聊，乳液和容器的总质量，g 聊2 干燥后的固体和容器的总质量，g 耽固含量 c 单体转化率 ，完整试样的厚度，1 1 1 i i l 改缺口剩余厚度，衄 c缺口宽度，m m 以 摆锤冲击后的能量损失，j o l 材料的拉伸强度，m p a ，断裂伸长率 尸 最大负荷，n 厶试样标距的初始值，i 砌 三，试样断裂时的标距值，m m 6 试样宽度，n u n 眈 材料的弯曲强度，m p a d样条的高度，m m 两支点间的距离，i i 皿 i 引发剂 r 。 引发剂自由基 m l 、m 2 单体 k i i 、k 2 2 均聚速率常数 k 1 2 、k 2 l 共聚速率常数 m l 。、m 2 单体自由基 k t l l 、k 改、k t l 2 终止速率常数 r 竞聚率 第一章绪论 第一章绪论 2 0 世纪7 0 年代，人们认为当代社会文明进步发展的三大支柱分别是信息资源、 材料资源和能源，而材料更是因为其应用的广泛性，涉及范围的广阔性，成为人类社 会生存发展的物质条件和基础。社会发展到8 0 年代又出现了新的技术革命，其中最 具有代表性的就是高技术群，在这个意义广泛的概念中涉及到了很多新兴技术，其中 生物科学技术、新型材料和电子信息技术就是新技术革命的重要标志。随着时代的发 展，社会的进步，材料受到越来越多的关注，被各个领域广泛的研究。材料的用途无 处不在，小到它与人们的日常生活息息相关，大到巩固国防建设，新型材料的研发及 应用，同时创造了更多的社会价值和经济价值，为国家经济的发展建设，贡献了不少 的力量。这种种现象，都预示着材料在社会发展中将有着不可替代的作用。1 9 8 6 年 g l e i t e r 等【l 】人第一次对纳米材料内部的新奇结构和特性做了细致及全面的报道。从 此，纳米材料的出现为材料研究注入了新鲜的血液，纳米技术的发展逐渐融入到传统 产业中，使得人们能够遵循着自己的意愿来操纵单个的原子及原子簇，在更高更广阔 的范围内改造自然，制造出特定功能和特别用途的产品，同时为国民建设及国民经济 的发展带来了新的生机和活力。 纳米材料是在结构上具有纳米尺度调制特征的粒子组成，一般情况下，纳米尺度 的大小是指l 1 0 0n m 之间，由于纳米粒子的尺度与电子的相干长度相近，所以由强 相干引起的自组装使得纳米材料的性质发生很大的变化；另外，由于纳米粒子的尺寸 与波长接近，所以纳米材料表现出来的光学性质与物质处于宏观状态时不同；纳米粒 子的粒径非常小，表面积非常大，所以材料的熔点、导电及导热呈现出新的特性。因 此，当材料的结构尺度进入纳米尺度特征范围时，会表现出小尺寸效应、表面与界面 效应、量子遂穿效应，该材料的某个或某些物理或者是化学性质会发生显著的变化。 总之，具有纳米尺度和特异变化的性能是纳米材料具有的两个基本特征【2 1 。 近年来，纳米材料成为人们研究的热点，将纳米技术应用到传统产业以及各种材 料研究中，新的纳米材料不断地被开发，如今，纳米材料已经应用到我们日常生活和 工业生产的方方面面，由纳米材料研制生产的多功能纳米塑料，能够抗老化和细菌、 抗异味和紫外等作用，利用这些特性我们可以将其应用到冰箱和空调外部来抗菌和除 味。纳米材料以及纳米技术的研究已经进入到一个相对成熟的时期。 纳米材料的种类多种多样【2 捌：社会各界按照它所具有的不同性质和不同的观察角 度将纳米材料分为了几大类：如果按材质分类可以将纳米材料分为纳米金属材料、纳 米高分子材料以及纳米复合材料三大种类，若按照纳米尺寸在空间中所呈现的特征， 又可以将纳米材料分为零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料以及纳米结构材 料。零维纳米材料也就是具有原子簇或者是原子束结构的在三个维度上的尺寸都在纳 北京化t 大学硕i 学位论文 米范围之内的材料；一维纳米材料指的是纳米线、纳米棒和纳米丝等纤维结构的，至 少在两个维度上的尺寸都在纳米尺度范围内；二维纳米材料是指纳米膜、纳米盘和超 晶格等结构，至少在一个方向上的尺寸在纳米范围之内；纳米结构材料指的是介孔材 料，即具有纳米空间结构的材料。 纳米管和纳米线等具有一维纳米结构的材料不仅在理论研究方面有重大的意义， 如材料维数和尺寸对其力学和电学，磁学和光学等诸多方面的性质有很大的影响，而 且一维纳米材料已经在很多领域得到广泛的应用，如将金属纳米线用在超大规模集成 电路中，一维高分子聚合物用在液晶等方面【4 】。 本文主要是在非自然环境下合成棒状( 即一维) 纳米高分子材料，主要是以苯乙 烯( s t ) 和甲基丙烯酸甲酯( m m a ) 为共聚单体，采用乳液聚合的方法制备共聚物， 并研究其合成工艺条件以及棒状纳米共聚物的物理化学性质；然后将制备的共聚物粉 体添加到共混高分子材料中，来改变共混材料的相容性以及力学性能；本文还研究了 聚合反应所得到的乳液与无机盐之间的诱导作用。 1 1 纳米材料的简介 1 1 1 纳米材料的特性 纳米材料是指其内部最小结构尺寸为l 到l o on m 之间的材料，并且物质结构单 元是纳米尺度级的，按着一定的规律排列和形成的一种新体系，因此，纳米材料能够 呈现出与其宏观材料不同的特性，如小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和 宏观量子隧道效应【3 5 】等。 1 1 2 纳米材料的应用 随着纳米材料的发展和纳米技术的进步，纳米功能材料也迅速的发展起来，并且 具有高精度和高效能等特性。如将纳米材料用在纳米太阳能电池、纳米药物以及纳米 功能纤维等。一维纳米材料在电子学和医学、光学和环境等领域也呈现出巨大的使用 价值，并且成为新型材料的宠儿。若将纳米材料用在计算机的各组件上时，计算机的 体积变的越来越小；医学上也可以使用纳米颗粒来制成超精细的医疗设备，还可以通 过控制纳米原子的排布来制成医用药品等，使用纳米技术制成的新型诊断仪器会减 少采血量，但同样能够获得人们需要的信息。 第一章绪论 1 1 3 纳米材料的发展 纳米材料从发现到发展再到成熟经过了3 0 年的时间，但是，要使纳米材料在电子 学以及纳米功能材料中成功地应用仍然需要全面而且详细地研究其物理和化学性质。 自纳米材料被发现以来，像超薄膜以及多层膜等二维纳米材料已经在实际生活中得到 应用，如微型传感器等；对于零维纳米材料来说，不论是在理论研究上还是实际应用 中均取得了一定的成就；但是，与二维纳米材料和零维纳米材料相比，一维纳米材料 的研究及应用似乎稍逊色一些，直到9 0 年代中期才开始被广泛的研究【6 】，此成就主要 受益于日本l i i i m a 等人对碳纳米管的发现【7 。 1 2 一维纳米材料 一维纳米材料就是指纳米材料在两个维度上都达到纳米量级的尺寸，一维纳米材 料如纳米棒、纳米管、纳米线和纳米纤维等是纳米材料的一个非常重要的分支，具有 诱人的应用前景。 1 2 1 一维纳米材料的简介 一维纳米材料由于其优异的光、电、力学等特性而引起了材料界、凝聚念物理界 及化学界的重视和热爱，成为纳米材料研究的热剧引。根据组成材料的不同，一维纳 米材料可以分成几种不同的类型：一维金属纳米材料( 如：n i ，p t ，a u 等) 、一维 聚合物纳米材料( 如液晶等) 、一维绝缘纳米材料( 如：s i 0 2 ，t i 0 2 等) 以及一维 半导体纳米材料( 如i n p ，s j ，g a n 等) ，其中一维聚合物纳米材料可以用到显 示屏中、可以将聚合物良好的加工性能与纳米材料的特性结合起来，增加共混聚 合物的力学性能，具有潜在的应用前景。一维半导体纳米材料可以用到纳米太阳 能电池等。 1 2 2 一维纳米材料的制备方法 一维纳米材料的制备方法很多，但是可以粗略的分为一维聚合物纳米材料的制备 方法和一维无机纳米材料的制备方法。 一维无机纳米材料的制备方法主要分为以下几种： 微乳液法是指在微乳液体系中，随着表面活性剂的加入量越来越多，表面活性剂 在溶剂中形成胶束，根据表面活性剂量的不同，胶束的形貌有所不同，而水核直径则 北京化工大学硕上学位论文 是由o - 【水的摩尔浓度 表面活性剂的摩尔浓度】来决定的。所以，当我们根据化学 反应的目的，选择合适的条件，我们就可以利用这一微反应器得到一维纳米材料。赵 鹤云等【】采用此方法成功制备了金红石结构的s n 0 2 纳米棒。 分子自组装法是在一定条件下，纳米粒子自发组装并形成一维纳米结构【9 】，k 0 t o v 等人用此方法制备了c d t e 纳米线；另一种方法是首先使反应物和一些大分子溶液相 互作用，然后通过大分子自组装，再诱导形成一维纳米结构【6 ，9 ，1 0 1 。 物理蒸发法是通过蒸发溶液来控制的，在制备过程中我们可以变化蒸发的速率、 改变惰性气体的类型以及调控压力的大小，从而改变实验产物的粒径分布和排列方 式。张旭东等【1 1 】利用无催化剂的高温热蒸发法制备出了具有良好晶体结构和规则外形 的z n o 纳米棒。徐明等【垃】研究了反应温度和保温时间对z n o 晶体生成的影响。 模板法l a k z h m i 等【1 3 】用氧化炉作模板采用溶胶凝胶法合成了m n 0 2 纳米棒，赵 启涛等【1 4 】合成了a u 纳米棒，接着他们采用溶胶凝胶与水热相结合的方法，利用水解 过程中形成的溶胶里含有的网络孔道为软性模板，制备出直径为7 2 0n m ，长度为 5 0 0n m 的c d s 纳米棒【15 1 。在溶胶凝胶法的基础上，姜国华等【1 6 】采用s 0 1 g e l 电沉积 法制备出了氧化物纳米棒，例如t i 0 2 、s i 0 2 、p z t 、z n o 等。s a t i s l l l ( 啪a r 等【1 7 ，”】，用 碳纳米管作模板制备了v 2 0 3 、w 0 3 、m 0 0 3 等纳米棒，且大多数纳米棒为单晶。 一维纳米高分子的主要制备方法有静电纺丝法【1 9 加】、多孔模板法【2 1 1 、自组装法 【2 2 也4 】三种。 静电纺丝法 2 3 2 5 】的原理是带有电荷的液滴在非常强的电场条件下受到电场力的 作用，此时带电液滴的运动由于受到外力而加速，在强电场条件下，带电液滴克服表 面张力，从而形成连续的喷射细流，在喷射的过程中，溶剂在较高的温度下蒸发，最 终剩下溶质落在接受装置上，形成纤维丝。此方法具有工艺简单、环境友好、高效等 优点【2 6 2 7 1 。 多孔模板法【2 3 ，2 8 2 9 】通常是指采用不同的化学或者物理方法，使化学反应或者物 理过程中的原子或者离子沉积在多空材料模板的孔壁上，形成所需要的粒子即纳米结 构体。 自组装法就是通过一些组分的自发连接而朝空间限制的方向发展，形成在分子、 共价键或超分子、非共价键层次上分立或连续的实体的过程【2 3 】。聚合物纳米线的自组 装法是通过聚合物单体与掺杂剂本身所携带的亲水性或疏水性基团之间的相互作用 形成管胶束【2 3 1 ，所形成的胶束起到“类模板的作用，然后聚合，形成掺杂的聚合物 纳米线或管【2 3 1 。 1 3 纳米高分子材料 4 第一章绪论 自2 0 世纪3 0 年代以来，高分子材料特别是合成高分子材料由于其具有的优异性 能，已经在信息、生命等新技术领域、以及国防、交通、农业、工业等部门中发挥着 重要的作用。高分子材料约占汽车总重的1 8 ，约占飞机总重的6 5 。高分子材料在 现代生活，特别是人们衣食住行方面的应用更是数不胜数，日常生活中我们所用的牙 刷、水杯是塑料的，这些高分子的材料，既轻巧又方便，微波炉加热食物用的碗、碟 是聚丙烯高分子材料制成的，