金屬酞菁-聚芳醚腈功能復(fù)合材料研究.pdf

1、酞菁(Phthalocyanines，Pcs)具有高度共平面的18個電子大π鍵共軛結(jié)構(gòu)，并能與眾多金屬離子配位并形成金屬酞菁(Metalphthalocyanines，MPcs)。同時，其大環(huán)軸向及周環(huán)邊上均可連接多類特殊功能活性的取代基團(tuán)，其結(jié)構(gòu)的可修飾性，將使其成為一類具有功能化的新型材料。此外，利用共價鍵或分子間相互作用力等可將酞菁分子通過自聚合或者自組裝方式形成酞菁聚合物，不僅能夠進(jìn)一步增強(qiáng)酞菁分子的物理化學(xué)特性,還使其兼具良好

2、的可溶解性和可加工性。近年來，MPcs由于其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性以及光電特性被廣泛地應(yīng)用于催化材料、導(dǎo)電材料、介電材料、太陽能電池以及光學(xué)材料等多個研究領(lǐng)域。因此，制備形貌可控、性能優(yōu)異的金屬酞菁及其功能復(fù)合材料成為近年來的研究熱點之一。
　　本論文圍繞金屬酞菁優(yōu)異的性能,分別制備了含柔性長支鏈酞菁鐵的磁性雜化材料(NP-ph@Fe3O4)、氨基酞菁銅(NH2-CuPc)以及超支化酞菁銅功能化的碳納米管(HBCuPc-CNTs)。同時

3、還將其作為功能填料或者多尺度的增強(qiáng)材料與聚芳醚腈(PEN)復(fù)合并制備了介電與磁性復(fù)合薄膜，系統(tǒng)地研究了不同金屬酞菁功能化納米粒子及PEN復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)與性能，具體研究內(nèi)容如下:
　　1.首先，結(jié)合腈基（-CN）基團(tuán)與金屬離子強(qiáng)的配位作用，采用溶劑熱一步法得到含柔性長支鏈酞菁鐵的磁性雜化材料(NP-ph@Fe3O4)。并通過FT-IR、XRD、XPS、SEM、TEM、UV-vis、VSM和微波吸收性能測試等研究了NP-ph@Fe3O

4、4雜化材料的組成、形貌及其性能。結(jié)果表明，雜化粒子呈均勻的單分散球形結(jié)構(gòu)并具有亞鐵磁性。此外含柔性長支鏈酞菁鐵的引入，使雜化材料介電損耗與磁損耗達(dá)到高度匹配從而展示良好的電磁微波性能。對于S-3雜化材料，當(dāng)厚度為3.0 mm時，在17.4 GHz處達(dá)到最大的反射損耗值，其值為-25.2 dB。
　　2.通過溶劑熱一步法制備的NP-ph@Fe3O4粒子不僅展示了優(yōu)異的磁性能，而且在大多數(shù)極性有機(jī)溶劑中呈現(xiàn)了良好的分散穩(wěn)定性。因此，將

5、NP-ph@Fe3O4粒子作為增強(qiáng)填料并通過溶液共混法制備了具有高強(qiáng)度、耐高溫以及優(yōu)異磁性能的PEN/NP-ph@Fe3O4復(fù)合薄膜,極大地拓寬了PEN的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　3.然后，圍繞金屬酞菁進(jìn)行高介電材料的開發(fā)。制備了具有高介電常數(shù)的氨基酞菁銅(NH2-CuPc)并將其引入PEN中以提高聚合物的介電常數(shù),通過單向熱拉伸控制NH2-CuPc粒子之間的相互團(tuán)聚，并在NH2-CuPc粒子間形成絕緣層來抑制直流漏導(dǎo)而造成的高介電損耗，從

6、而得到綜合性能優(yōu)異的介電復(fù)合薄膜。
　　4.通過共價鍵合作用將金屬酞菁單元經(jīng)過自聚而形成的超分子結(jié)構(gòu)嫁接到CNTs表面，得到超支化酞菁銅功能化的CNTs(HBCuPc-CNTs)，并以此作為填料通過溶液流延成膜法制備了PEN/HBCuPc-CNTs介電功能復(fù)合薄膜。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)HBCuPc-CNTs粒子在PEN基體保持了良好的分散穩(wěn)定性和界面相容性，從而改善了復(fù)合薄膜的綜合性能。由于化學(xué)修飾層的穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于物理吸附層，9.0 wt

7、％含量的PEN/HBCuPc-CNTs復(fù)合薄膜的介電常數(shù)達(dá)到51.7，而介電損耗僅為0.23。此外，該復(fù)合薄膜的Umax達(dá)到了2.87 J/cm3。
　　5.最后，利用酞菁優(yōu)異的自組裝性能，制備了核殼結(jié)構(gòu)的磁性功能化CNTs(CNTs-Fe3O4-HBCuPc)納米復(fù)合材料。通過超支化酞菁銅(HBCuPc)對CNTs-Fe3O4雜化材料進(jìn)行修飾,減小了雜化材料的復(fù)介電常數(shù)，使得雜化材料的tanδε與tanδμ的匹配度進(jìn)一步增加，從