聚合物模板法制備稀土氧化物納米空心球及其應(yīng)用的研究.pdf

1、材料的結(jié)構(gòu)是影響材料性質(zhì)的重要因素，空心微球是一種特殊的納米結(jié)構(gòu)材料，具有較大的內(nèi)部體積和微納級別的殼層。中空的微納球材料與其他實心球材料相比具有密度低，比表面積高等特點，已應(yīng)用于高效能催化劑、藥物緩釋載體、涂料、微反應(yīng)器、光電材料等領(lǐng)域。稀土氧化物空心球，同時具備納米尺寸稀土氧化物和無機空心結(jié)構(gòu)材料的特性，提升了材料的性能，其應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊。
　　本論文采用聚苯乙烯（PS）及聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等聚合物微球作為模板，通

2、過溶膠凝膠，均相沉淀和自組裝技術(shù)，制備得到二氧化鈰(CeO2)，氧化釔(Y2O3)和氧化釓（Gd2O3）空心微球，并研究了其低頻阻尼性能和光催化性能。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.以苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯為單體，通過分散聚合法制備了粒徑均勻的單分散 PS和 PMMA微球。探索了反應(yīng)時間和穩(wěn)定劑用量對所得微球的影響。體系的轉(zhuǎn)化率隨反應(yīng)時間的延長而提高；隨穩(wěn)定劑用量的增加而提高。聚合物微球的粒徑隨著穩(wěn)定劑用量的增大而減小，其粒徑分

3、布先變窄后變寬，且聚乙烯吡咯烷酮(PVP)用量為1.5％時微球的粒徑分布最窄，單分散性最好。合成聚合物微球單分散性最佳的工藝條件為AIBN用量1%，單體用量10%，恒溫反應(yīng)6h，其中PS微球的分散介質(zhì)為甲醇，反應(yīng)溫度為70℃，PMMA微球的最佳反應(yīng)溫度為75℃，分散介質(zhì)為甲醇/去離子水。
　　2.分別以 PMMA和 PS微球為聚合物模板，通過六水硝酸鈰的前驅(qū)體溶液均相沉淀和自組裝得到 CeO2/聚合物復(fù)合微球，高溫煅燒后得到 Ce

4、O2空心微球。討論了在制備復(fù)合微球的過程中添加PVP的影響，添加PVP后的復(fù)合微球粒徑均勻且表面光滑。CeO2空心球煅燒溫度為600℃。將 CeO2空心微球作為填料制備 CeO2/橡膠復(fù)合材料；與純丁基橡膠相比，復(fù)合橡膠材料在不同頻率(0-180HZ)下的低頻阻尼性能得到明顯提高。
　　3.以單分散粒徑均一的 PMMA微球為模板制備出 PMMA/Y(OH)CO3核殼復(fù)合微球，在不同溫度下煅燒后得到 Y2O3空心微球。分析了 Y2O

5、3空心球的形成機理，研究了 Y(NO3)3?6H2O的用量對復(fù)合微球形貌的影響。經(jīng)對比 XRD圖譜，最佳煅燒溫度為900℃。Y(NO3)3?6H2O的用量為1mmol時復(fù)合微球的包覆程度最好。改變PMMA微球模板的粒徑，Y2O3空心球的粒徑變化范圍為0.9-1.5μm，殼層厚度約為80-100nm，由納米Y2O3顆粒組成。將所制備的Y2O3空心球與Y2O3粉體分別作為填料加入到丁基橡膠中，添加空心球的復(fù)合材料阻尼性能較好。
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6、.以分散聚合法制備的PS微球作為硬模板，以六水硝酸釓溶液為前驅(qū)體，三乙醇胺為沉淀劑，通過溶膠凝膠和自組裝制備了 PS/Gd2O3復(fù)合微球，高溫煅燒處理后得到 Gd2O3空心微球。加入硫酸銨能有效減少空心球殼層表面粘附的納米 Gd2O3實心顆粒。Gd2O3空心球的殼層由立方晶相結(jié)構(gòu)的納米顆粒組成，外空心直徑為950nm，殼層厚度約100nm。在光催化測試中采用空白實驗、加入 Gd2O3粉體和加入 Gd2O3空心微球的三組對比實驗，以含雙氧