新型高折射材料及其雜化薄膜制備與性質(zhì)研究.pdf

1、本文采用在氬氣氛條件下高溫裂解芳香烴G的方法，成功制備了富含多種高碳富勒烯的煙炱，用9:1的甲苯/無(wú)水乙醇混合溶劑對(duì)其進(jìn)行索式萃取，再用無(wú)水乙醇分步沉析法提取分離出主要成分為高碳富勒烯的新型高折射材料(NMHR)。首先，通過采用飛行時(shí)間質(zhì)譜、高效液相色譜、傅里葉變換紅外光譜、XRD、紫外可見光譜、熒光光譜及熱重等多種技術(shù)對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行表征，考察了不同溶劑以及不同有機(jī)胺的添加對(duì)新型高折射材料(NMHR)的電荷轉(zhuǎn)移特性的影響；其次，采用溶液摻

2、雜法制備了NMHR]聚苯乙烯雜化薄膜，并利用包絡(luò)法對(duì)雜化薄膜的折射率進(jìn)行探討，考察了NMHR/聚苯乙烯雜化薄膜中NMHR含量及波長(zhǎng)對(duì)雜化薄膜折射率的影響。具有高折射的NMHR及其雜化薄膜在紅外探測(cè)或遙感等方面可能有一定的應(yīng)用潛力。 1.針對(duì)目前高碳富勒烯制備量較少、難以分離提純的問題，本文利用在氬氣氛條件下高溫裂解芳香烴G的方法，成功地制備了含高碳富勒烯的煙炱，并研究了不同溫度，不同加料速度，不同載氣流速對(duì)產(chǎn)物產(chǎn)率的影響，并得出

3、最佳的實(shí)驗(yàn)條件：溫度為1150。C，加料速度為0.215 g·min-1，載氣流速為500 ml/min。用9:1的甲苯/無(wú)水乙醇混合溶劑對(duì)煙炱進(jìn)行索式萃取，再用無(wú)水乙醇分步沉析法進(jìn)行分離與提純，得到主要成分為高碳富勒烯的析出物，結(jié)合第5章的折射率數(shù)據(jù)，將析出物命名為新型高折射材料(NMHR)；通過對(duì)煙炱中NMHR的含量測(cè)定可知，MHR的含量為0.86％。 2.利用飛行時(shí)間質(zhì)譜、熱重、X-射線衍射(XRD)和傅立葉紅外光譜(FT

4、-IR)，紫外可見光譜，熒光光譜等技術(shù)對(duì)NMHR性質(zhì)進(jìn)行表征。TG分析表明，在空氣氣氛下，NMHR從363.9。C開始失重，而C60從459.9。C才開始氧化生成CO和CO2，說明NMHR的熱穩(wěn)定性不如C60；在氬氣氣氛下，NMHR失重40.27％，而C60失重80.99％：XRD結(jié)果顯示NMHR在25.19°和48.25°出現(xiàn)兩個(gè)衍射峰；紅外光譜分析表明，NMHR在1711.0cm-1，1635.2 cm-1，1436.9cm-1，1

5、277.2cm-1，899.4 cm-1，837.2cm-1，755.7 cm-1。出現(xiàn)吸收峰，且呈現(xiàn)出遠(yuǎn)比C60弱的多的吸收峰，最大透射率竟高達(dá)97.1％，因此NMHR將有望成為一種優(yōu)良的高透紅外材料，應(yīng)用在紅外透鏡、棱鏡、窗口等元件和紅外監(jiān)控器、探測(cè)器、成像儀等方面；紫外可見光譜分析表明，在有機(jī)溶劑中，NMHR的吸光度隨溶液濃度的增大呈現(xiàn)遞增狀態(tài)，在甲苯溶液中，NMHR在268nm，284nm，348nm出現(xiàn)吸收峰，其中最大吸收峰在

6、284nm，在正己烷溶液中，NMHR在210nm,343 nm出現(xiàn)吸收峰，其中最大吸收峰在210nm，在乙酸中NMHR的最大吸收峰在253 nm，在環(huán)己烷中NMHR的最大吸收峰在217nm，在四氯化碳中NMHR的最大吸收峰在262nm。通過比較發(fā)現(xiàn)，在不同溶劑中，NMHR受溶劑分子作用的影響，其吸收峰峰位會(huì)發(fā)生改變，在甲苯，乙酸，四氯化碳中均發(fā)生紅移；熒光光譜也表明溶劑作用對(duì)其熒光發(fā)射峰也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。 3.通過研究在不

7、同溶劑中不同配體與NMHR形成的電荷轉(zhuǎn)移配合物的紫外可見光譜變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在甲苯和四氯化碳中，添加苯胺只改變NMHR的吸收強(qiáng)度，而在正己烷和環(huán)己烷中，出現(xiàn)兩個(gè)新峰；在甲苯和四氯化碳中，添加二乙胺只改變NMHR的吸收強(qiáng)度，而在正己烷和環(huán)己烷中，NMHR的吸收峰出現(xiàn)藍(lán)移；添加對(duì)硝基苯胺，在甲苯溶液中，NMHR在342nm產(chǎn)生一個(gè)新峰，在正己烷溶液中，NMHR在320nm產(chǎn)生一個(gè)新峰，在環(huán)己烷溶液中，NMHR在322 nm產(chǎn)生一個(gè)新峰，在四

8、氯化碳溶液中，NMHR在331nm產(chǎn)生一個(gè)新峰。因此表明溶劑對(duì)NMHR與有機(jī)胺形成CTC的吸收行為影響較大。 同時(shí)，利用Benesi-Hilderbrand公式計(jì)算電荷轉(zhuǎn)移配合物形成常數(shù)，結(jié)果表明： (1)對(duì)于同一配體，無(wú)論是芳胺(苯胺，對(duì)硝基苯胺)還是脂肪胺(二乙胺)，在所選四種溶劑中，與NMHR發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移作用的程度存在如下順序：環(huán)己烷>正己烷>甲苯>四氯化碳； (2)對(duì)于同一溶劑，隨給電子配體的不同，與NM

9、HR作用的程度有如下順序：苯胺>對(duì)硝基苯胺>二乙胺； (3)在同一溶劑中，NMHR與同一配體發(fā)生的電荷轉(zhuǎn)移作用程度均大于C60。 4.通過溶液摻雜法制備了NMHR/聚苯乙烯雜化薄膜，改變NMHR/聚苯乙烯重量百分比，得到一系列的雜化薄膜，并通過傅立葉紅外光譜儀、XRD衍射儀等對(duì)其進(jìn)行表征。紅外分析結(jié)果表明，隨著不同比例的NMHR摻入，聚苯乙烯的1592.9 cm-1左右處苯環(huán)的-C=C-的伸展振動(dòng)吸收峰和690.4 cm

10、-1，3031.6 cm-1左右處苯環(huán)上的C-H伸縮振動(dòng)吸收峰先是逐漸增強(qiáng)，重量比為1.4％時(shí)，即4＃，達(dá)到最大值，此后再增加NMHR的比例反而會(huì)使吸收峰減弱。此外，在1945.9 cm-1左右和541.9 cm-1處出現(xiàn)了新峰，表明雜化薄膜中NMHR與聚苯乙烯發(fā)生了電荷轉(zhuǎn)移作用，改變了薄膜的極性與共軛程度。XRD結(jié)果表明，雜化薄膜在20.0°和49.9°有衍射峰，但衍射峰均是寬且弱，表明雜化薄膜是非晶態(tài)。利用包絡(luò)法計(jì)算了NMHR/聚苯

11、乙烯雜化薄膜的折射率，研究了波長(zhǎng)和NMHR/聚苯乙烯雜化薄膜中NMHR的含量對(duì)其折射率的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)： (1)NMHR的含量對(duì)聚苯乙烯薄膜的折射率有較大影響，改變NMHR含量，可以制備不同折射率的雜化薄膜，雜化薄膜的折射率隨著NMHR/聚苯乙烯比例的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，但較空白的聚苯乙烯薄膜均有不同程度的提高，當(dāng)NMHR/聚苯乙烯重量比為1.4％時(shí)，折射率達(dá)到最大值，為1.8342。 (2)一定含量的NMHR/