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基本信息

項目名稱：
導(dǎo)電導(dǎo)磁雙功能復(fù)合微球及中空微球的制備
小類：
能源化工
簡介：
采用具有核-殼結(jié)構(gòu)的磺化聚苯乙烯模板微球制備了Fe3O4-PANI/PS導(dǎo)電導(dǎo)磁多功能復(fù)合微球及其相應(yīng)的中空微球，所制備的磁性中空微球表現(xiàn)出了超順磁行為。導(dǎo)電導(dǎo)磁多功能微球與中空微球在藥物可控釋放、電磁材料、水處理、催化、人造細(xì)胞、輕質(zhì)填料、光子晶體、生物物質(zhì)分離等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。
詳細(xì)介紹：
采用模板法制備粒徑均一的核殼結(jié)構(gòu)Fe3O4-PANI－PS復(fù)合微球及其衍生的中空微球。復(fù)合微球的殼層是具有導(dǎo)電性的聚苯胺和磁性Fe3O4，調(diào)節(jié)聚苯胺或Fe3O4的含量可以調(diào)節(jié)復(fù)合微球或中空微球的導(dǎo)電性或磁性。此外，通過模板微球的自組裝可以獲得排列有序的復(fù)合微球或中空微球，這是其它制備方法難以達(dá)到的。 制備過程中，微球空腔大小和殼厚度可通過控制聚苯乙烯模板磺化時間來同步控制。當(dāng)時間減至1小時時微球殼厚度是20 nm，增至4小時時厚度為86 nm。更重要的是，在無需添加另外的摻雜劑的情況下便可將可導(dǎo)電的聚苯胺復(fù)合上去，使復(fù)合微球表現(xiàn)出了良好的導(dǎo)電性，所制備的磁性中空微球表現(xiàn)出了超順磁行為。這樣的特性正好為所制備微球及其空腔的應(yīng)用提供了可能性。此外，通過自組裝成功制備了有序排列的微球。 這種模板制備法簡單又有效，還可以拓展到制備其他具有各種各樣成分的復(fù)合中空微球，擴(kuò)大應(yīng)用空間。導(dǎo)電導(dǎo)磁多功能微球與中空微球在很多領(lǐng)域都有可能應(yīng)用，特別是在電學(xué)、可控傳輸和微波吸收方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

作品圖片

  • 導(dǎo)電導(dǎo)磁雙功能復(fù)合微球及中空微球的制備
  • 導(dǎo)電導(dǎo)磁雙功能復(fù)合微球及中空微球的制備
  • 導(dǎo)電導(dǎo)磁雙功能復(fù)合微球及中空微球的制備
  • 導(dǎo)電導(dǎo)磁雙功能復(fù)合微球及中空微球的制備
  • 導(dǎo)電導(dǎo)磁雙功能復(fù)合微球及中空微球的制備

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

(1) 目的:采用模板法制備具有導(dǎo)電導(dǎo)磁多功能的、有機(jī)-無機(jī)雜化的復(fù)合微球及其衍生的中空微球，并對其應(yīng)用進(jìn)行初步探索。 (2) 思路：基于磺化聚苯乙烯微球磺化層的親水性，殼層可以根據(jù)需要選擇磁性組分，磺酸根能現(xiàn)場摻雜聚苯胺，從而合成具有導(dǎo)電導(dǎo)磁功能的復(fù)合微球；進(jìn)一步采用溶劑抽提或煅燒除核，得到相應(yīng)的中空微球。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

（1）制備過程中，微球空腔大小和殼厚度可通過控制聚苯乙烯模板磺化時間來同步控制。 （2）在無需添加另外的摻雜劑的情況下便可將可導(dǎo)電的聚苯胺復(fù)合上去，所制備的微球同時具有導(dǎo)電和導(dǎo)磁雙功能。 （3）該方法制備的復(fù)合/中空微球可以通過自組裝形成有序的光子晶體結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

（1）聚苯胺是導(dǎo)電高分子領(lǐng)域最具應(yīng)用價值的品種，兼有金屬的導(dǎo)電性和塑料的可加工性，可廣泛應(yīng)用于電子學(xué)、船舶工業(yè)、石油化工、國防等諸多領(lǐng)域。 （2）順磁性的四氧化三鐵納米顆粒，在水處理、催化劑和磁流體等方面顯示出了很多特殊功能。 （3）該類微球具有極大的表面積，易于吸附污染物，在水處理中具有很高的應(yīng)用價值。在處理海水時，濁度去除率達(dá)到95%以上。

學(xué)術(shù)論文摘要

本文系統(tǒng)地開展了導(dǎo)電導(dǎo)磁Fe3O4-聚苯胺（PANI）復(fù)合微球的制備、表征及應(yīng)用前景等方面的研究工作，內(nèi)容涉及磺化聚苯乙烯模板微球、聚苯胺/聚苯乙烯復(fù)合微球、導(dǎo)電導(dǎo)磁Fe3O4-PANI/PS復(fù)合微球、中空微球的制備和產(chǎn)品表征及性能測試。首先采用模板法制備出了以Fe3O4-PANI為殼，聚苯乙烯（PS）為核的核殼結(jié)構(gòu)多功能復(fù)合微球。然后對該復(fù)合微球采用溶劑抽提溶解去除PS核得到Fe3O4-PANI導(dǎo)電導(dǎo)磁雙功能中空復(fù)合微球，采用煅燒法去除PANI和PS成分，得到磁性Fe3O4無機(jī)物中空微球。中空微球空腔尺寸大小一致，約為190 nm，殼層厚度約30 nm。通過控制PS模板微球的磺化時間來同步控制微球空腔大小和微球殼層厚度。當(dāng)磺化時間控制在1-4小時，得到的微球的殼厚度范圍在20-86 nm。根據(jù)模板微球的有序自組裝可以相應(yīng)得到有序多功能復(fù)合微球及其中空微球。最后采用掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡，傅里葉紅外光譜和多晶X射線衍射對所制得的微球進(jìn)行了表征。由于聚苯胺摻雜硫酸而具有良好的導(dǎo)電性，F(xiàn)e3O4-PANI/PS復(fù)合微球和中空Fe3O4微球都顯示出超順磁性。該系列復(fù)合/中空微球在藥物可控釋放、水處理、催化、人造細(xì)胞、輕質(zhì)填料、光子晶體、生物物質(zhì)分離等方面具有重要的應(yīng)用價值。

獲獎情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

[1] 王銳，訾學(xué)紅，劉立成，戴洪興，何洪. 核殼結(jié)構(gòu)雙金屬納米粒子的研究與應(yīng)用，化學(xué)進(jìn)展 2010年 Z1期 31-36. [2] 李群艷，婁載亮，王志宏，解林艷，韋奇，聶祚仁. 單分散α-Fe2O3納米結(jié)構(gòu)空心亞微球的制備及表征，高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報 2010年 06期 1098-1102. [3] Caruso F. Hollow capsule processing through colloidal templating and self-assembly. Chem Eur J (2000) 6:413–419. [4] 皮科武. 磁效應(yīng)在水處理中的應(yīng)用研究. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), (2003) 26 ( S1): 66-70. [5] 賈亮, 李真, 賈紹義. 磁化技術(shù)在工業(yè)水處理中的應(yīng)用. 化學(xué)工業(yè)與工程, (2006) 23: 55-59.

同類課題研究水平概述

核殼結(jié)構(gòu)的粒子和中空微球在催化、光學(xué)、電學(xué)、藥物傳輸、生物傳感等方面具有重要的應(yīng)用前景。膠體粒子層層組裝法被證明是制備尺寸均一的核殼微粒和中空微球的最有效的方法。越來越多的興趣聚焦在核殼粒子的制備和研究中，主要是因為這些微粒具有新的、可以相互組合而加強(qiáng)的性能，比如導(dǎo)電性、磁性、力學(xué)性能、催化和光學(xué)性能等與此同時，多功能的微米或納米級導(dǎo)電聚合物是材料科學(xué)重要的研究領(lǐng)域。導(dǎo)電聚合物因為具有良好的電學(xué)特性（從絕緣體到金屬的可調(diào)導(dǎo)電性能）、力學(xué)性能和聚合物可加工優(yōu)點(diǎn)而得到了科學(xué)界特別的關(guān)注。在導(dǎo)電聚合物中，聚苯胺因其特殊的質(zhì)子酸摻雜性、良好的氧化還原性和環(huán)境穩(wěn)定性、較高的摻雜導(dǎo)電率、易于大量生產(chǎn)和成本相對低廉，而引起了廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為是最有實際商業(yè)應(yīng)用前景的導(dǎo)電高分子之一。而另一方面，磁性納米粒子在電學(xué)、光電子學(xué)、自旋電子學(xué)裝置領(lǐng)域的應(yīng)用也吸引了越來越多的關(guān)注。 通過將導(dǎo)電聚合物和磁性納米粒子的復(fù)合可得到帶有磁性的導(dǎo)電聚合物。BZ Tang等人合成了具有高的導(dǎo)電性和磁性能的γ-Fe2O3-聚苯胺納米膜。萬梅香等人在含有FeCl3和FeCl2的溶液中合成聚苯胺，然后將反應(yīng)液倒入NaOH溶液中，合成出Fe3O4-聚苯胺復(fù)合物。Y Peng 等人通過原位聚合的方法，合成了Fe3O4-聚苯胺核殼結(jié)構(gòu)納米粒子，聚苯胺在Fe3O4納米粒子表面均勻包覆。 盡管許多研究者采用納米磁性粒子包覆高聚物的方法成功構(gòu)建了許多磁性復(fù)合粒子，然而，制備同時具有磁性粒子和導(dǎo)電高聚物的復(fù)合粒子依然是該領(lǐng)域最讓人感興趣也是最有挑戰(zhàn)性的工作。迄今為止，尚未見到成功制備出尺寸均一的、同時具有導(dǎo)電性和磁性的微球（或中空微球）的報道。
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