基本信息
- 項目名稱：
- 離子交換植入原位制備聚酰亞胺/氧化錫納米復合薄膜及其亞微結(jié)構(gòu)與性能研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 首次通過直接離子交換植入法成功制備了氧化錫納米粒子在基體聚酰亞胺表面分散均勻的聚酰亞胺/氧化錫納米復合薄膜。依據(jù)不同應用需求，該制備技術方法可以推廣應用到聚酰亞胺基其它金屬氧化物納米復合薄膜的制備，目前已經(jīng)探索制備出了PI/Fe2O3，PI/Cu/CuO, PI/NiO，PI/ZnO等一系列納米復合薄膜。
- 詳細介紹：
- 以原位直接離子植入的方式制備聚酰亞胺/氧化錫納米復合薄膜，以求制備出氧化錫納米粒子在PI薄膜表層均勻分布、力學性能優(yōu)異和半導體性能均優(yōu)異的聚酰亞胺/氧化錫納米粒子復合薄膜。其制備工藝如下：首先合成聚酰胺酸，隨后將其與金屬錫離子的乙醇溶液進行離子交換，形成金屬離子摻雜的聚酰胺酸層，然后在氧氣存在的情況下進行熱固化。在熱固化的過程中聚酰胺酸發(fā)生環(huán)化反應生成聚酰亞胺，同時錫離子在熱和氧的作用下自動分解、遷移聚集形成錫氧化物粒子，從而得到聚酰亞胺/磁性納米粒子復合薄膜。顯然，該技術可以推廣應用到聚酰亞胺基其它金屬氧化物納米復合薄膜的制備方面，具有制備推廣的普適性。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 通過撰寫該文闡述了用直接離子植入法制備聚酰亞胺/氧化錫納米復合薄膜的方法及表征手段，對其的應用進行了探究。該方法可以還可以推廣到聚酰亞胺/其它金屬氧化物納米復合薄膜的制備，目前已經(jīng)探索制備出了PI/Fe2O3，PI/Cu/CuO, PI/NiO，PI/ZnO等一系列納米復合薄膜。
科學性、先進性及獨特之處
- 首次采用直接離子交換植入錫離子的方法制備了PI/SnO2納米復合薄膜，通過優(yōu)選離子交換植入的條件、熱處理的調(diào)節(jié)實現(xiàn)了SnO2納米粒子在PI薄膜表層呈均勻分布的納米復合薄膜。實驗所制備的PI/SnO2納米復合薄膜在保持了聚酰亞胺優(yōu)異的力學性能和耐高溫性能的基礎上，還具有了SnO2納米薄膜的功能性特點。此外，根據(jù)應用要求的不同，該技術可以推廣應用到聚酰亞胺基其它金屬氧化物納米復合薄膜的制備。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 聚酰亞胺/氧化錫納米復合薄膜在太陽能電池、UV激光器、發(fā)光二極管、微電子設備、氣敏傳感和可燃氣體檢測等方面具有廣泛的應用。此外，依據(jù)不同應用需求，該制備技術方法可以推廣應用到聚酰亞胺基其它金屬氧化物納米復合薄膜的制備。
學術論文摘要
- 以均苯四甲酸二酐和4，4'-二胺基二苯醚為原料合成聚酰胺酸，并流延成膜，以氯化亞錫為氧化錫的前驅(qū)體，通過直接離子交換使Sn2+載入到聚酰胺酸薄膜表面，隨后的熱處理使聚酰胺酸脫水環(huán)化生成聚酰亞胺，同時Sn2+氧化生成氧化錫。運用ATR-FTIR研究了熱處理前后基體化學結(jié)構(gòu)的變化；運用XRD研究了薄膜表面氧化錫的晶型。運用ICP，SEM和TEM研究了離子交換時間對復合薄膜微觀形貌的影響。實驗中所制備的PI/SnO2納米復合薄膜保持了純聚酰亞胺的力學和熱穩(wěn)定性能，并且表面氧化錫層和基體之間具有良好的粘接性能。該納米復合薄膜在保持了聚酰亞胺優(yōu)異的力學性能和耐高溫性能的基礎上，還具有了SnO2納米薄膜的功能性特點，使其在光電，催化，氣敏傳感等領域具有廣泛的應用前景。該制備技術具有實驗操作簡單、周期短、和低成本等優(yōu)點。此外，該技術可以推廣應用到聚酰亞胺基其它金屬氧化物納米復合薄膜的制備，具有較高的學術價值。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻
- Shengli Qi，Zhanpeng Wu, Dezhen Wu. J. Phys. Chem. B, 2008, 112 (18). Shengli Qi, Dezhen Wu, Macromolecular rapid communications, 27, 372–376 Shengli Qi, Zhanpeng Wu, Dezhen Wu. Polymer.2009, 50, 845–854 Naoto Shirahata , Atsushi Hozumi. Chem. Mater. 2005, 17, 20-27 Jun Zhang, Shurong Wang，Shihua Wu. J. Phys. Chem. C 2009, 113,1662–1665 Mauro Epifani, Jordi Arbiol.crystalgrowth&design.2008,8, 1774-1778 X. Du,Y. Du, S. M. George. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 9211–9219 Yong Wang,Jim Yang Lee, Hua Chun Zeng. Chem. Mater. 2005, 17, 3899-3903 Gang Xu, Ya-Wen Zhang, Xiao Sun. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 3269-3278 Sang Hyun Park, Young Chan Son, William S. Willis. Chem. Mater. 1998, 10, 2389-2398 Qin Kuang, Chang-Shi Lao, Zhong Lin Wang. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 11539–11544
同類課題研究水平概述
- 近年來，聚合物/氧化錫納米復合材料的研究引起了人們相當大的興趣。這種以金屬氧化錫納米粒子作為功能組分，以氧化錫納米粒子屬于n-型半導體功能金屬氧化物，其在光催化、氣敏、透明微電極以及染料敏化電池等領域具有廣泛的應用。在眾多聚合物中，聚酰亞胺（PI）以其優(yōu)異的成膜性、耐高低溫性能、高強度、柔韌性和滿足連續(xù)卷曲制備工藝等特點，成為制備有機/無機復合薄膜的優(yōu)選基底材料。 傳統(tǒng)的外部沉降的金屬氧化物的復合薄膜制備方法，例如物理氣相沉降法、熱誘導化學氣相沉降法、光誘導化學氣相沉降法、電沉降法、真空蒸發(fā)和濺射等方法往往可以存在金屬氧化物與聚合物基體間的界面粘合力不強而容易脫落的缺點。 共混法是用來制備PI/金屬氧化物納米復合薄膜較簡單的一種方法。它是指首先合成較低粘度的聚酰胺酸，然后將磁性納米粒子注入到聚酰胺酸中，然后將該混合物流延成膜并在高溫下熱亞胺化得到復合薄膜。但由于納米粒子的尺寸小，比表面積和比表面能很大，因此極易發(fā)生團聚，難以得到粒子均勻分布的聚酰亞胺薄膜。 原位法是用來制備聚酰亞胺/金屬氧化物復合薄膜的典型方法。它是指將錫鹽加入到聚酰亞胺的前驅(qū)體聚酰胺酸樹脂溶液中制成均一溶液，然后流延成膜并進行熱處理。在熱處理的過程中，聚酰胺酸發(fā)生酰亞胺環(huán)化反應生成聚酰亞胺，同時原位分解形成錫氧化物，從而得到聚酰亞胺/氧化錫復合薄膜。該方法必須選用和聚酰胺酸溶液具有很好的相容性的錫鹽作為前驅(qū)體，因此錫鹽的種類受到很大的限制。而且隨著錫鹽摻雜量的增大，薄膜的柔韌性急劇下降，變脆，失去使用價值。 申請人率先提出了以原位直接離子植入的方式制備聚酰亞胺/氧化錫納米復合薄膜，以求制備出氧化錫納米粒子在PI薄膜表層均勻分布、力學性能優(yōu)異和半導體性能均優(yōu)異的聚酰亞胺/氧化錫納米粒子復合薄膜。其制備工藝如下：首先合成聚酰胺酸，隨后將其與金屬錫離子的乙醇溶液進行離子交換，形成金屬離子摻雜的聚酰胺酸層，然后在氧氣存在的情況下進行熱固化。在熱固化的過程中聚酰胺酸發(fā)生環(huán)化反應生成聚酰亞胺，同時錫離子在熱和氧的作用下自動分解、遷移聚集形成錫氧化物粒子，從而得到聚酰亞胺/納米粒子復合薄膜。此外，該技術可以推廣應用到聚酰亞胺基其它金屬氧化物納米復合薄膜的制備方面，具有制備推廣的普適性。
