纳米粒子上接聚合物纳米颗粒,XRD能不能分析

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PEDOT-PSS导电聚合物LB薄膜之制备与作用
  国家自然科学基金资助项目仪沁年9月12日收到初稿;日收到修改稿.本玄成不人:蒋亚东,教授但是制备出的超薄膜有序性较差、载流子的迁移率较低。化工技术是一种在分子水平上组装有序薄膜材料的化工技术,LB膜界面具有局域化学控制和有序模板效应.通过在气/液界面诱导沉积特殊形貌结构和性质的有机、无机纳米颗粒,可以制备纳米颗粒紧密组装之有机/有机、有机/无机纳米复合超薄膜7-31.LB诱导沉积方法不仅可以获得超薄厚度之薄膜,而且还能够得到高度有序之薄膜l].本文用LB诱导沉积方法制备。与。复合LB膜,研究导电聚合物PEDOT-PSS纳米粒子在400材料研究学报21卷气/液界面的成膜行为与薄膜的电学作用.1实验方法PSS复合膜的平台区更明显且经历的时间较长.这与单分子膜吸附的PEDOT-PSS胶体粒子多少有关.在ODAyuyuyuSA的混合铺展过程中两者反应生成氨基酸,使得单分子膜中平均电荷量减少,吸附的PEDoT-PSS粒子变少,对ODA分子的包裹作用也减弱.另外,图1还显示。复合膜有更好的可压缩性,可能是氨基酸在复合单分子膜中起到了空间位阻作用.图2表明,在225nm处出现吸收峰,对应PSS中二砂的电子跃迁;薄膜的吸光度随着层数的增加有较好的线性关系.薄膜的层数超过10层后,吸光度明显下降,PEDOT-PSS胶体粒子的组装变得无序.这可能是成膜物质ODA分子与PEDoT-PSS粒子之间的横向尺寸差距所致.与ODA分子中亲水基-b)飞。乏NE巴nss巴ds侣。角mZ圈1表面压-平均分子面积曲线。丘。叭onpure钊妞。时。议。瓢洪刀0240L侧山刊加.爷0Wavele叩。和24层复合薄膜的紫外-可见光,50051匕05.f,332Zt如1几,0Q00000,贬八O吸收光谱。圈Fig实验用材料:聚3,4-乙烯二氧唾吩/聚磺酸(代号BP8000),聚苯乙烯以对离子形式掺杂导电聚合物PEDOT,溶液呈深蓝色,十八胺、既然它实验试剂均为化学纯(Aldrich),实验用水由Milli-Q基础型(美国Millipore公司)纯化水系统提供,尺寸为为30mmx15mmxZ的石英基片和。的ITO导电玻璃.使用KSV-5000LB成膜系统(芬兰KSV公司)制备薄膜.取。溶液超声处理15min,然后用0.45拼m的PVDF滤膜过滤,溶于一定体积的超纯水,再超声波处理15而n,最后添加于LB槽中.取80mL抓仿溶液(0.5mg/mL)或十八胺-硬脂酸(摩尔比2:1)抓仿溶液铺展于亚相,稳定30min使抓仿完全挥发,并使PEDOT-Pss胶体粒子静电吸附于单分子膜.计算机控制滑障以0.5mm/min的速率压缩单分子膜,同时记录膜压变化,待膜压达到设定值后,保持膜压反复压缩单分子层30min,然后以1mm/min的速率将复合膜转移至基片上.将不同层数的LB膜沉积于石英基片上,用UV--100紫外可见光分光度计测量吸收光谱.分别采用S-3500SPM原子力分析仪、Keit加ly4200半导体和SDYwes型四探针测试仪在室温下表征表面形貌和电学作用.用。表面分析仪测定xPS谱,真空度3x10-7pa,采用AIKaX射线源.将不同层数的复合膜沉积于硅片上,用。型XRD分析仪表征膜的结构,Cu靶,电压40.0kv,扫描速度40/min.2结果与讨论2.1PEDOT-55成膜作用研究由图1可见,ODA和ODA-SA单分子膜在PEDoT-PSS亚相上的平均分子面积(川均大于以纯水为亚相的单分子面积.因为PEDOT-Pss胶体粒子与ODA中离子化氨基有较强的静电作用力,带电的PEDoT-Pss胶体粒子被吸引到单分子膜下,彼此靠近的纳米粒子相互排斥引起单分子层的扩张.复合单分子膜的崩溃压(7rc)均大于50mN/m,说明在气/液界面上形成了稳定的单分子复合膜.另外,两种复合单分子膜的A曲线在38、48mN/m处出现平台区域,可能是PEDOT-PSS胶体粒子对ODA亲水基团具有一定的包裹作用,部分屏蔽了ODA离子化基团间的作用力,使得相互间的作用减弱.与。复合膜相比。期杨亚杰等:PEDOT--PSS导电聚合物LB薄膜的制备和性能401团相比,PEODT-PSS胶体粒子具有大得多的横向尺寸.为了保证组装过程中的电荷平衡,必然会有多层PEDOT-PSS纳米粒子吸附于单分子膜,导致成膜中出现结构缺陷,阻碍了下-层PEDOT-PSS粒子的组装.而对于。复合膜,由于吸附的胶体粒子相对变少,薄膜中由成膜分子多层吸附所导致的结构缺陷也减少;另外,引入的氨基酸在单分子膜中具有空间位阻作用.这些原因使。膜具有较好的成膜性.对两种膜结构的xRD表征结果表明,40层。膜在2.1及5.2均出现衍射峰,而。膜的谱图并未出现衍射峰,说明。复合膜具有层状有序结构.Li及Huang等采用xRD方法分析了旋涂法和静电自组装法制备的PEDOT-PSS膜结构,未观察到衍射峰的出现[,7].这说明,用LB法制备PEDOT-Pss超薄有序膜优于旋涂和静电自组装法.在用LB诱导沉积法制备PEDOT-PSS复合膜过程中,PEDOT-PSS能够规整的在亚相上组装,并在一定表面压下沉积到基片上,不会产生成膜分子间的交叠而影响到结构的有序性.而用静电自组装法制备PEDOT-PSS复合膜,产生聚电解质的缠结和交叠影响薄膜的有序性叫.由图3可见,与。膜相比。膜表面平整且粗糙度较小。薄膜的表面粗糙度随膜层数的增加没有明显变化,说明薄膜的表面粗糙度可控。复合LB膜的xPS分析由图4和图5可见,两者均出现对应S的双峰结构,其中结合能较低的峰(l)对应于PEDoT中的s,较高者(11)对应pss中的5.与pEDOT-pss旋涂膜相比。中S的结合能向能量较高处移动,由167.95eV变为168.78eV.与纯ODA膜相比。复合膜中的Nls峰也向高能量移动,从399.82eV变为400.88eV.其原因是,离子化的PSS基团与ODA基团有静电作用导致两种元素结合能发生变化.图4还表明。膜中双峰的强度比(I/11)为3.5,比PEDOT-PSS旋涂膜的值(6.5)小,说明在。薄膜中有更多的pEDoT暴露于表面13].erispin等[3]用XPS方法研究了PEDOT-PSS胶体PEDOT中S的能谱,发现体相中S元素的强度比表相中强,说明对于化学合成的PEDOT-PSS,有过量的PSS链包裹于PEDOT-PSS胶体的最外层.本文用超声对PEDOT-PsS胶体溶液进行了处理,可能将较大尺寸的PEDOT-PSS胶体粒子碎散,使较多的PEDOT暴露于表面。友合膜的导电性能对40层复合膜的电导率的表征结果列于表1.由表1可知。复合薄膜的电导率明显高于。膜.对两种复合膜圈320层复合LB腆的APM形貌图。合的亡三亡Bindingene心yIeV圈4PEDOT--PSS旋涂腆和。复合LB膜中5Zpx射线光电子能谱图。日3903954阅。图5ODA薄膜和。中NlsX射线光电子能谱图。复合LB膜。声.了了尸尸尸尸乒O沪l钊uaJJnO-9七。圈612层。和。复合LB膜的电流-电压曲线。佣。成膜性的研究结果表明。中纳米粒子以较为稳定的形式组装,而。膜在超过10层后纳米粒子的组装变得困难.xRD分析也表明。薄膜具有较好的有序结构.载流子在有序结构中的迁移较为容易,因而薄膜能够表现出较高的电导率.另外,oDA/PEDo手Pss较差的成膜性导致薄膜中存在大量缺陷,进一步导致其电导率降低.表1还表明。薄膜的平面电导率俩l)和垂直电导率(a-相差约4个数量级,说明形成了层状有序结构.PEDOT-Pss纳米粒子较好的分散于这种多层结构中,载流子沿膜垂直和水平方向的迁移率不同导致电导率相差几个数量级.表面压对复合LB膜电导率的影响结果列于表2.由表可见,在较低表面压(5mN/m)下所得到LB膜的电导率较低.在较低表面压下成膜物质在气/液界面结合弱,薄膜在组装过程中形成高阻态区域,使薄膜的电导率减小;而在较大表面压(>25mN/m)下,PEDoT-PSS与单分子膜的结合强,组装过程稳定,膜中缺陷较少,制备出的LB膜电导率较大,且基本上没有变化.为了进一步研究薄膜的导电性,测量了12层复合LB膜的I-V曲线,所采用的结构为ITO玻璃/复合LB膜/Au.由图6可见,电流与电压之间呈指数关系,在电压超过3V后,薄膜的电流急剧增加.这一结果,与普通LB膜的I-V特性相似.其原因是载流子以跳跃方式在膜垂直方向移动,为典型的电子隧穿效应.电压超过3V后。膜电流的增加明显大于。膜,说明。有更好的导电能力,载流子的迁移能力更强.由此可见,虽然在薄膜中引入了绝缘物质氨基酸。复合LB膜农1两种复合LB膜的电导率。佣。山。火10-4二。上、104、103农2不同表面压制备的LB膜电导率值l妞。佣。俪。妙r。  -(s/em)。二(s/em)。-I/上。期杨亚杰等:PEDOT--PSS导电聚合物LB薄膜的制备和性能403仍具有较好的导电能力,可能是。具有较好的层状结构所致.氨基酸在引入复合膜的过程中,也是以有序组装形式生长并嵌入PEDOT-PsS有序膜中。膜在2.1和5.20出现衍射峰,表明氮基酸对膜的结构影响不大,这种复合膜仍然具有比。膜高的层状有序性,结构上的有序充分弥补了氨基酸引入对薄膜电阻的影响,使载流子的迁移更容易,薄膜具有更好的导电性.3结论以PEDOT-PSS纳米粒子作为亚相,以十八胺及十八酸作为成膜分子,用自组装方法可制备单层/多层复合LB膜.十八胺分子与PEDOT-PSs纳米粒子之间存在静电作用,PEDOT--PsS对ODA具有一定的包裹作用;氨基酸的引入减小了单分子层中的平均电荷量,使PEDOT-PSS的吸附量减小,成膜性能优化。复合LB膜具有比旋涂膜和静电自组装膜更好的周期结构.有序层状结构使薄膜电导率呈各向异性,电子在多层结构中的隧穿使得薄膜I-V曲线表现为指数关系.  本文作者 ----
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原位聚合法制备机纳米粒子聚合物复合材料的研究进展
2010年第5期第37卷总第205期
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脱士,PE/蒙脱土纳米复合材料,并利用SAXS,TEM等对其结构进行了分析。
原位悬浮聚合体系由单体、无机粒子、水、引发剂、分散剂组成,单体在水中以液滴状悬浮聚合。王士财…1用原位悬浮聚合法制备了聚氯乙烯(pvc)/纳米CaC03复合材料,并对其性能进行了研究。与纯PVC相比,PVC/纳米CaC03复合树脂的热稳定性、增塑剂吸收量及表观密度等有所提高;冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率都有增加,达到了增韧增强的效果。
3原位聚合法制备纳米复合材料的研究进展
近年来,原位聚合法制备聚合物纳米复合材料研究较多的是蒙脱土、纳米Si02、纳米Ti02、纳米CaC03及其它无机纳米粒子等。
3.1聚合物/蒙脱土纳米复合材料
天然蒙脱士片层之间的距离只有1.48nlTl,而且层间的金属阳离子之间静电作用使片层紧密堆积在一起,呈现亲水的特性。先将单体渗透进入蒙脱t片层中间然后引发聚合反应制备聚合物/蒙脱上纳米复合材料受到国内外学者广泛关注。
Meneghetti等ll纠采用乳液和原位聚合法合成了甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/蒙脱土纳米复合材料,在蒙脱土含量都为10%时,乳液聚合复合材料与纯PMMA和原位聚合复合材料相比,瑰分别提高18℃和10℃,储能模鼍也有所提高。Tong等u刮采用原位乳液聚合法合成了聚丙烯酸乙酯(PEA)/蒙脱土纳米复合材料,由XRD和TEM观测可知在复合材料中存在插层和剥离蒙脱土,使PEA的性能得到改善,抗拉强度和模量分别增加了近20倍和400倍,储能模量也大大提高。Sun等”4』利用原位聚合法制备了聚丙烯/黏上纳米复合材料,通过SEM观测复合材料的表面,纳米粒子均匀分散,界面黏结性好。且该复合材料具有高的热变形温度和低的热胀系数
3.2聚合物/SiOz纳米复合材料
纳米SiO:可提高材料的硬度和耐摩、耐刮等性能。未改性的纳米Si02比表面积和表面能都很大,表面电荷分布不均,易互相吸附而团聚,导致其在聚合物中分散不均匀达不到理想的效果,因而要对Si02进行表面处理。目前都采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等对纳米Si02进行表面改性处理,在其表面形成有机分子层,提高纳米SiOz颗粒与聚合物的相容性。
林毅利等【l川通过阴离子开环聚合法制备r纳米Si02/MC尼龙6原位复合材料,采用DSC研究MC尼龙6及其纳米复合材料的非等温结晶行为,结果表明在纳米Si02/MC尼龙6原位复合材料中,纳米Si02对基体MC尼龙6的结晶有一定的成核作用,并提高了其结晶速率。
陈晓东等【l叫采用原位聚合法制备了浇注型聚氨酯弹性体(CPUE)/纳米Si02复合材料。研究了2种不同牌号纳米Si02/CPUE的复合材料的热稳定性和物理机械性能。结果表明,2种纳米SiO:的添加均能提高复合材料的热稳定性、提高复合材料的高温使用性能并能显著增强、增韧。
TsutomuMizutani等…1采用原位聚合法合成了聚丙烯酸酯/纳米Si02复合材料,结果表明,添加纳米Si02能降低35%的有机物用量,而且此复合乳液具有优良的耐溶剂性、耐污性和耐火焰烧烤性。纳米Si02也可与蒙脱t混合制备原位纳米复合材料,Yull驯研究发现,纳米Si02/蒙脱士/聚丙烯腈复合材料的机械性能比纳米Si02/聚丙烯腈复合材料有显著增强。
3.3聚合物厂riOz纳米复合材料
纳米TiOz是一种稳定的无毒紫外光吸收剂,可提高聚合物的耐老化性能,同时Ti02还具有很好的光催化作用,在光照条件下能够降解有机污染物,杀死细菌,赋予聚合物一定的抗菌能力,因此广泛用于涂料行业。Wan等”叫通过原位聚合法制得紫外光固化Ti02/丙烯酸复合树脂,经AFM观察,Ti02纳米颗粒平均粒径为21.6~28.8nlTl,并均匀分散于聚合物中。
王智宇等¨叫以TiCl4、三乙醇胺为原料制备的叮溶性络合物为先驱液。分别在制备小含填料和含填料的聚丙烯酸酯(PA)涂料的过程中加入先驱液。从而获得纳米Ti02改性的PA涂料。对小含填料的透明涂料涂膜的检测表明,纳米Ti02具有良好的紫外光屏蔽作用;采用美国A1LASci5000型人工加速
耐候性试验机检测含填料的纳米Ti02改性PA涂料的耐老化性能表明,改性的PA涂料1800h后仍末出现粉化比普通涂料延长了200h。
Ahmad等睇¨采用原位聚合法制备了PMMA/Ti02,PMMA/Si02复合材料,并从形态学,组织结构和热力学方面对其进行了表征。
3.4聚合物/CaC0a纳米复合材料
纳米CaCO,在聚合物中能起到增强增韧的作用,但是未改性的纳米CaC03表面能很容易发生团聚,在聚合物中的分散性不好,可先对纳米CaC03进行表面改性再均匀分散在单体中进行原位聚合。
Xie¨副研究了纳米CaC03原位聚合聚氯乙烯复合材料的流变性和机械性能。原位聚合纳米CaC03/PVC复合材料玻璃化转变温度和热分解温度明显提高,力学性能、拉伸强度和断裂伸长率均比纯聚氯乙烯材料好。
Wu口驯和Shi[241用原位聚合法制得纳米CaC03/PMMA复合材料。TEM分析表明,PMMA通过化学接枝包覆于纳米CaCOs颗粒表面形成纳米CaC03/PMMA复合粒子均匀分散于基体中。
3.5聚合物/纳米粒子功能材料
采用具有特殊功能的纳米粒子与单体原位聚合可以制备功能复合材料。
廖其龙等【2纠采用固液反应法制备了纳米FeNi3/聚苯乙烯复合材料。将纳米FeNi3与定量油酸、SDS混合均匀,并分散到苯乙烯单体中,用原位聚合的方法制备了纳米FeNi3/PS复合材料。原位聚合制备的纳米FeNi3/PS复合材料中纳米FeNi3合金在Ps中分散均匀;随着掺杂量的增加,红外振动吸收峰的强度变弱。
Li等12刨用原位聚合法制备了纳米A1203/聚酰亚胺杂化材料。随着纳米A1203含量的增加,由于聚合物和纳米A1203界面层的作用,复合材料的体积电阻率和电击穿强度有微量下降,但是电容率有所提高。
胡庆军等¨“采用原位聚合法和超声波辅助分散溶液共混法,分别制备了羟基磷灰石质量分数为30%的聚乳酸(PLA)/羟基磷灰石(HA)生物町降解复合材料。与共混法相比,原位
聚合法改善了HA在复合材料中的分散性,PLA与HA之间形
成了较强的结合界面,提高了PLA的玻璃化温度与力学性能。付青存等12驯将预分散的纳米氢氧化镁(MH)加入聚氨酯(PU)弹性体反应体系进行原位聚合,所得PU弹性体/MH纳米复合材料具有较好的力学性能,纳米MH在PU中基本达到纳米级分散。
原位聚合制备无机纳米粒子复合材料发展迅速但是存在一些问题:(1)无机纳米粒子与聚合物的界面粘结状况;(2)纳米粒子在高聚物中的均匀分散性;(3)原位聚合制备无机纳米粒子复合材料的机理尚不清楚,纳米尺寸对材料性能影响的定量关系并无相关理论支持;(4)无机纳米粒子/聚合物材料的流变行为研究缺乏系统性。因此,应加强以上方面的研究,从而使更多的无机纳米粒子/聚合物复合材料实现工业化、商品化。
[1]Hofcman
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polymefiration[J].Materials
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(下转第12页)
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文章介绍了纳米复合材料的几种 制备方法,重点介绍了原位聚合法制备无机纳米复合材料的研 究进展。 1无机纳米粒子/聚合物复合材料的制备方法目前,无机纳米粒子/聚合物...本文综合介绍了以原位聚合技术实现聚烯烃纳 米复合的研究进展, 着重分析了聚烯烃...以无机或 有机纳米粒子与聚合物进行复合, 制备纳米复合材料, 是具有高度经济性...概述了聚合物基纳米复合材料的制备方法及最新的研究进展, 分析了各种方法的特点和...对于聚合 物纳米复合材料中的聚合物基无 机纳米 粒子复合材料, 如何将 无机 ...原位聚合法制备尼龙6复合材料的研究进展_材料科学_工程科技_专业资料。第 35 卷第 1 期 2007 年 1 月 化 工新型材料 N EW C H EMICAL MA TERIAL S 综述...原位聚合法制备聚合物蒙脱土纳米复合材料研究与进展_材料科学_工程科技_专业资料。本文综述了原位聚合法制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料的最新进展。不同单体与改性或未...纳米复合材料制备方法的研究进展_材料科学_工程科技_...分散于有机基体中制备聚合物纳米复合材料,必须通过...随后加 人氧化剂引发原位聚合,所得原料经后续干燥...综述了几种 聚合物纳米复合材料的制备方法及研究进展...纳米粒子表面界面效应,小尺寸效应及量子尺寸效应和...聚合物复合材料的制备方法有共混法、原位聚合法、...1 Fe。0 /PP y纳米复合 材料的制备 无机纳米粒子/ 导电聚合物复合材料的制备...普遍采用 的方法有溶胶一 凝胶法 、 原位聚合法 、 电化学合 成法 、自组装...1 聚合物/ 粘土纳米复合材料的制备 1.1 粘土的有机化 天然或合成的粘土如...Kato [13]将有机粘土浸入到苯乙烯单体 中,用原位聚合法制备出聚苯乙烯/十八...邬润德 等通过有机单体原位聚合包覆纳米 CaCO3 与聚 丙烯 ( PP ) 熔融混合制备了 PP/ 纳米 CaCO3 复合材料 , 研究了填料/ 包覆聚合物比 、 接枝 。 SUN ...君,已阅读到文档的结尾了呢~~
可直接还原银纳米粒子的儿茶酚基聚合物膜的制备及抗菌性能研究
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