原位法制备无机纳米粒子-聚合物复合材料(完整版)实用资料.doc

原位法制备无机纳米粒子_聚合物复合材料（完整版）实用资料
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中国科学E辑:技术科学2021年第39卷第2期:193~205scichinatech.scichina《中国科学》杂志社SCIENCEINCHINAPRESS
原位法制备无机纳米粒子/聚合物复合材料
孙海珠①②,杨柏①*
①吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室,长春130012;
②东北师范大学化学学院高分子研究室,长春130024
*E-mail:[e-mail]
收稿日期:2007-12-14;接受日期:2021-2-28
国家重点基础研究发展计划(“973”计划(批准号:2007CB936402、国家自然科学基金项目(批准号:20534040,20804008和东北师范大学自然科学青年基金项目(批准号:20070306资助
摘要纳米粒子的尺寸介于体相材料和分子之间,具有许多独特的物理和化学性质,近年来在催化、光电子以及生物等领域得到广泛的关注.为了使纳米粒子更好的展现它们特有的功能,将其与聚合物复合是行之有效的方法,这不仅可以稳定纳米粒子,还可以实现纳米粒子与聚合物之间功能的集成.但是,这一思想的实现在很大程度上依赖于纳米粒子与聚合物之间的相容性,以及如何调节纳米粒子与聚合物之间的相互作用,使我们得到预期的功能.因此,人们发展了许多将纳米粒子复合到聚合物中的方法.本文主要阐述了近几年我们课题组把原位法和其他方法有机结合,实现纳米粒子与聚合物的复合,从而制备了具有不同功能的一维、二维乃至体相纳米粒子/聚合物复合材料.我们所建立的这些方法最突出的特点是纳米粒子与聚合物之间具有很好的相容性,可以确保其在聚合物中的均匀分散,而且聚合物网络结构的存在使纳米粒子更加稳定,对于更好的体现其功能具有重要意义.关键词原位法纳米粒子聚合物复合材料
纳米粒子是指颗粒尺寸为纳米量级(1~100nm的金属或半导体超细微粒,它的尺寸大于原子簇,而小于通常的微粉,是介于体相材料与分子间的物质.这些粒子尺寸的减小会使其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,因而展现出许多特有的性质,在催化、滤光、光吸收、电荷输运、气体吸附等方面有广阔的应用前景[1~13].但也正是纳米粒子的这些特点,使得它们在实际中往往无法直接拿来应用,而通常要以一定的形式复合到其他基体中.此时,人们把目光转向了聚合物.作为纳米粒子的载体,聚合物是一个很好的选择.聚合物的引入可以带来以下优点.
1稳定纳米微粒,限制它们的聚集,从而保护它们的功能;
2聚合物的存在可以提高复合材料的可加工性;
3如果聚合物具有光、电、磁等功能,就不仅可以起到稳定纳米粒子的作用,还可以利用纳米粒子与聚合物之间的相互作用来增强纳米粒子的功能或实现纳米粒子与聚合物之间功能的集成,这对于发展小、轻、薄、高性能的新一代电子设备是重要的.
虽然人们的愿望是实现纳米粒子与聚合物的复合,使制备的复合材料兼有无机纳米粒子稳定、性能好的特点和有机材料结构可控、加工简便、价格低廉的优点,但是在真正实施的过程中,面临很多问题需要解决,从而使人们发展出很多种制备纳米粒子/聚合物复合材料的方法.最简单也是最早发展起来的方法是直接分散法[14~18].直接分散法又称共混法,即先合成出各种形态的纳米粒子,再通过各种方式与
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孙海珠等:原位法制备无机纳米粒子/聚合物复合材料
聚合物复合,制备聚合物基纳米复合材料.利用该方
法制备的复合材料在电致发光、光伏太阳能电池以及温敏材料等领域已有应用,有的已经达到产业化生产[19~25].该方法虽然简单,纳米粒子与材料的合成是分步进行的,纳米粒子的形态、尺寸均可控制,但由于无机纳米微粒具有较高的表面自由能,易于自发团聚,在利用直接分散法制备纳米粒子/聚合物复合材料过程中不可避免地出现纳米微粒的团聚现象,导致纳米粒子在聚合物中分散不均匀,造成纳米粒子丧失或部分丧失其特有的功能和作用.第二种重要的方法是由Decher发展的层层组装技术[26~32].这是一种利用带相反电荷的聚电解质在基片上交替沉积制备薄膜的一种方法,驱动力通常为静电力,它的简便与普适性使其可以应用在许多领域.经过不断完善和发展,其无论在理论还是在实际应用等方面都得到深入的研究.近年来,层层组装技术也被应用在纳米粒子与聚合物组装方面,所制备的复合材料具有电致发光的性质[33,34].其缺点是仅适合制备膜材料,如果制备体相材料则有一定困难.另外,还可以利用某些两亲性嵌段共聚物在溶液中形成的微区对纳米微粒进行稳定,共聚物的微区可以使微粒在形成后彼此分离,避免相互聚集生长,从而达到稳定纳米微粒的目的[35~41].我们课题组最近发展了一种利用聚合物与纳米粒子之间的静电作用来制备具有优异加