有机-无机杂化材料.ppt

1、杂化材料 制备进展,*杂化材料二十世纪八十年代开始兴起的一种新型材料,杂化材料,*该种材料尚没有统一严密的概念，一般认为它是无机和有机成分互相结合，特别是在微观尺寸上结合得到的一类材料。,*对无机和有机材料在宏观尺寸上进行复合，以期改进单一材料的不足，已经有相当长的历史。,*土砖即是用泥土掺杂少量的稻草烧结而成的，稻草属于有机纤维类，它的加入，可以有效的防止泥土烧结过程中裂缝的生成。,*微观层面上无机和有机组分的有致复合就需要借助化学手段。,现代杂化材料的诞生,*根据无机有机组分的作用力的类型，杂化材料可以分为两类；,一类是有机和无机成分通过弱作用力（如范德华力，氢键）相结合； 另一类则是通过

2、强作用力（如共价键，离子键和配位键）相结合。,*根据无机和有机相的相对含量，杂化材料大致分为两类,一类是无机-有机杂化材料（innorganic-organichybrid materials）,其中无机为连续相，有机相为分散相; 另一类是有机-无机杂化材料（organic-inorganic hybrid materials）,其中有机相为连续相，无机相为分散相。,特点,无机-有机杂化材料综合了无机、 有机和纳米材料的优良特性，具有 良好的机械、光、电、磁等功能特 性，这种材料的形态和性能可在相 当大的范围内调节。,一. 制备方法,*溶胶-凝胶法 *插层法 *共混法 *自组装法,1. 溶胶-

3、凝胶法,溶胶-凝胶法按照无机-有机组分混合 溶胶、凝胶化顺序等可分为原位溶胶 化、溶胶-原位聚合法、无机-有机同 步聚合法等。,原位法是无机物前驱体与有机物在共溶 剂中均匀混合后再进行溶胶、凝胶化而 制得杂化材料的方法。 关键：选择具有良好溶解性能的共溶剂。,1.1 原位法,1.2 溶胶-原位聚合法,有机高分子单体与无机溶胶均匀混 合后再引发单体聚合形成杂化材料的方法。该方法也可在单体或无机溶胶的金属原子（M）上引入交联剂、螯合剂，增进聚合物-无机材料的相容性。,1.3 有机-无机同步聚合法,有机高分子单体与无机溶胶前驱 体均匀混合后，使单体聚合和前 驱体水解缩合同步进行，形成互 穿网络。,2

4、. 插层法,利用层状无机物（如粘土、云母等层 状金属盐类和V2O5，Mn2O3氧化物）作 为无机相，将有机物（高聚物或单体） 作为另一相插入无机相的层间，制得 高聚物-无机物层型杂化材料的方法。,2.1 嵌入原位聚合法,在合适的溶剂中使有机单体嵌入 无机物夹层之间，再在热、光、 引发剂等作用下使其聚合而得杂 化材料。,2.2 插入同步聚合法,借助层状无机物和聚合物单 体间强有力的相互作用，使 嵌入与聚合不许借助外力而 能同步发生。,2.3 聚合物插入法,它是通过聚合物熔体、溶液 或乳液将高聚物直接嵌入到 无机物片层的方法。,3. 共混法,共混法类似于聚合物的共混改型，是有 机物（聚合物）与无机

5、纳米粒子的共混， 该方法是制备杂化材料最简单的方法， 适合以各种形态的纳米粒子。为防止无 机纳米粒子的团聚，需对其表面进行改 性处理。,3.1 溶液共混法,制备过程大致为，将基体树脂溶于 溶剂中，加入纳米粒子，充分搅拌 使之均匀分散，最后成膜或浇铸到 模具中，去除溶剂即得制品。,3.2 乳液共混法,先制备聚合物乳液，在与无 机纳米粒子均匀混合，最后 除去溶剂（水）而成型。,3.3 溶胶-聚合物共混法,有机盐（如有机醇盐）先水解脱醇、 脱水、缩合成溶胶或无机盐和金属 粉共混制成溶胶等方法再与有机高 分子溶液或乳液共混，发生胶化而 形成杂化材料。,4. 自组装法,自组装法制备有机-无机杂化材料的

6、基本原理是体系总是会自发地向自 由能减小的方向移动，形成共价键， 离子键或配位键，得到多层交替有 机-无机膜。,二.应用,*光学材料 *陶瓷材料 *凝胶材料 *生物材料,光学材料,SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2等与聚甲基丙烯酸甲 酯、聚丙烯酸酯等光学透明高分子材料进行杂 化所得到的有机无机材料既具有高分子材料透 光性、柔韧性、易加工性等优点,又有无机光 学材料的高硬度、高模量、高耐划痕等机械性 能及优良的耐热、透气及对紫外光的吸收性能, 可用于光学透明材料。,结构材料,由于无机物限制了聚合物链的移动, 使杂化材料的模量增大,耐热性增强, 力学性能大大提高,被广泛地用作结 构材料。,电学材料,在蒙脱土中插入PEO所得的杂化 材料具有较高的导电率、热稳定 性高、使用温度范围宽的优点。,硅胶表面牛血清白蛋白分子印迹聚合物的制备,以氨丙基硅胶为载体,将其表面醛基化后 通过亚胺键共价键合牛血清白蛋白,再用 两种硅烷化试剂氨丙基三乙氧基硅烷和 正辛基三甲氧基硅烷进行聚合,合成表面 印迹牛血清白蛋白分子印迹聚合物。,本方法以共价键印