多形聚膦腈微納米材料及其復合材料的可控化制備、功能化及應用探索.pdf

1、本訖文基于膦腈化學合成的特性,從介觀尺度自組裝的角度,建立了一種模板誘導自組裝理論(組裝基元為納米粒子,基元間的連接為化學鍵連接),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內(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)的應用。具體研究內(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,丙酮為溶劑的反應體系中,分別考察了溫度、超聲功率、單體濃度和投料方式對產(chǎn)物形貌的影響,進而優(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,通過追蹤PZS納米纖維的演變過程,建議了一種PZS納米纖維的形成機理一原位模板誘導自組裝,依據(jù)此機理制備出了直徑在40～60 nm,長度數(shù)微米,初始熱分解溫度達444℃的PZS納米纖

3、維,制備過程可在室溫條件下、10 min內(nèi)完成。
　　 (2)基于提出的原位模板誘導自組裝機理,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)的化學結(jié)構(gòu),N2吸附試驗表明該類型納米管的壁面上有微孔及介孔的存在,這種獨特的結(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器。另外,通過改變?nèi)軇O性或超聲條件,可實現(xiàn)產(chǎn)物形貌從納米管到微球的漸變過程。
　　 (3)以所制備

4、的聚膦腈微納米材料為前驅(qū)體,通過高溫碳化實現(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調(diào)節(jié)碳化溫度或高溫條件下的保溫時間來控制,微孔直徑分布在0.5～1 nm之間,微孔的形成是PZS在碳化過程中非碳組分逸出造成的。
　　 (4)基于外加模板誘導自組裝機理,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: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,可實現(xiàn)對金屬納米線更好的保護；通過調(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,從而滿足不同場合對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程由于是在室溫下完成,無需表面活性劑或保護劑,因而工藝簡單,易于控制并可節(jié)約能源。
　　

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