多形聚膦腈微納米材料及其復(fù)合材料的可控化制備、功能化及應(yīng)用探索.pdf

1、本訖文基于膦腈化學(xué)合成的特性,從介觀尺度自組裝的角度,建立了一種模板誘導(dǎo)自組裝理論(組裝基元為納米粒子,基元間的連接為化學(xué)鍵連接),不同于常規(guī)的分子尺度自組裝(組裝基元為小分子或大分子,分子間的作用為非化學(xué)鍵連接)。一方面,提供一種新型的制備一維聚合物納米材料的方法,拓展介觀尺度自組裝的研究?jī)?nèi)容；另一方面,借助納米技術(shù),探索環(huán)交聯(lián)型聚膦腈納米材料在高端技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　 (1)在以六氯環(huán)三膦腈(HC

2、CP)與4,4'-二羥基二苯砜(BPS)作為共聚單體,三乙胺(TEA)作為縛酸劑,丙酮為溶劑的反應(yīng)體系中,分別考察了溫度、超聲功率、單體濃度和投料方式對(duì)產(chǎn)物形貌的影響,進(jìn)而優(yōu)化出聚膦腈(PZS)納米纖維的制備方案。在優(yōu)化方案條件下,借助SEM、TEM等手段,通過(guò)追蹤PZS納米纖維的演變過(guò)程,建議了一種PZS納米纖維的形成機(jī)理一原位模板誘導(dǎo)自組裝,依據(jù)此機(jī)理制備出了直徑在40～60 nm,長(zhǎng)度數(shù)微米,初始熱分解溫度達(dá)444℃的PZS納米纖

3、維,制備過(guò)程可在室溫條件下、10 min內(nèi)完成。
　　 (2)基于提出的原位模板誘導(dǎo)自組裝機(jī)理,可控的制備出了多形PZS納米管(辣椒狀、支化狀及均勻管)及功能化納米管,這些PZS納米管具有高度交聯(lián)的化學(xué)結(jié)構(gòu),N2吸附試驗(yàn)表明該類(lèi)型納米管的壁面上有微孔及介孔的存在,這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使其有望作為藥物載體材料、吸附劑材料及納米反應(yīng)器。另外,通過(guò)改變?nèi)軇O性或超聲條件,可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物形貌從納米管到微球的漸變過(guò)程。
　　 (3)以所制備

4、的聚膦腈微納米材料為前驅(qū)體,通過(guò)高溫碳化實(shí)現(xiàn)了多孔碳球、碳納米纖維和碳納米管的制備,探索出了一條新的制備碳微納米材料的路徑。碳材料的比表面積和孔容的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)碳化溫度或高溫條件下的保溫時(shí)間來(lái)控制,微孔直徑分布在0.5～1 nm之間,微孔的形成是PZS在碳化過(guò)程中非碳組分逸出造成的。
　　 (4)基于外加模板誘導(dǎo)自組裝機(jī)理,我們制備了一種Ag/PZS同軸納米電纜,所制備的同軸電纜有如下特點(diǎn):由于采用了一種高穩(wěn)定性的交聯(lián)聚膦腈為

5、同軸納米電纜的殼層材料,其在空氣中的熱分解溫度為440℃,遠(yuǎn)高于常規(guī)的線形聚合物殼層材料的熱分解溫度,因而,以交聯(lián)聚膦腈作為殼層材料,可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬納米線更好的保護(hù)；通過(guò)調(diào)節(jié)共聚單體和Ag納米線的摩爾比,本納米同軸電纜的殼層材料厚度可在80～300nm之間調(diào)控,從而滿足不同場(chǎng)合對(duì)同軸納米電纜的要求；本方案所涉及的Ag/PZS同軸納米電纜的制備過(guò)程由于是在室溫下完成,無(wú)需表面活性劑或保護(hù)劑,因而工藝簡(jiǎn)單,易于控制并可節(jié)約能源。
　　

6、 (5)基于外加模板誘導(dǎo)自組裝機(jī)理,我們用聚膦腈對(duì)多壁碳納米管(CNTs)進(jìn)行了改性,就改性過(guò)程而言,本方法有如下優(yōu)點(diǎn):PZS功能化的碳納米管可輕易的溶解于水及大部分有機(jī)溶劑中(如DMF、丙酮、THF、乙醇等)；PZS在CNTs表面的非共價(jià)鍵包覆過(guò)程是借助外加模板誘導(dǎo)自組裝機(jī)理而非傳統(tǒng)的π-π相互機(jī)理；PZS在CNTs表面的包覆過(guò)程是室溫條件下一步完成的,沒(méi)有使用任何表面活性劑或協(xié)同劑,簡(jiǎn)化了后處理程序,并且包覆層的厚度是可控的。