聚吡咯納米材料的制備及其作為近紅外光吸收材料的應(yīng)用.pdf

1、近紅外光吸收材料是一類能夠有效吸收近紅外光（0.700-2.5μm）并將其轉(zhuǎn)化為熱能或是其他形式能量的特種材料，這類材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于節(jié)能環(huán)保和生物醫(yī)學(xué)等方面研究。目前研究較多的近紅外吸收材料有兩大類：第一類無機材料，主要集中在貴金屬納米材料（金、銀、鈀等）、半導(dǎo)體納米材料（銅基、鎢基）、金屬氧化半導(dǎo)體納米材料（ITO、ATO、AZO等）以及碳材料（碳管、石墨烯），然而這些無機材料作為近紅外吸收材料都有些不可忽略的問題，如金屬納米材料價

2、格昂貴、無法降解、生物代謝差以及碳材料需要表面改性，過程復(fù)雜等。第二類是有機近紅外吸收材料，其擁有良好的生物相容性、光學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點，使其受到了廣泛的關(guān)注與研究。這其中包括吲哚菁綠染料、聚苯胺、黑色素、聚吡咯等。聚吡咯作為一種有機共軛高分子擁有優(yōu)良的近紅外吸收性能和生物相容性，可以實現(xiàn)在節(jié)能環(huán)保和生物醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用。本文利用一步分散聚合法合成了聚吡咯納米顆粒，并將其用于隔熱薄膜和智能微凝膠中。具體開展工作如下：
　　第一部分：以

3、吡咯為原料，去離子水為溶劑，聚乙烯醇（PVA）為穩(wěn)定劑和FeCl3為氧化劑，通過一步分散聚合法制備聚吡咯(PPy)納米顆粒。采用掃描電鏡、透射電鏡、傅里葉紅外光譜分析（FT-IR）、紫外可見吸收光譜等表征手段對制備的產(chǎn)物進行表征，證明制得的產(chǎn)物確為聚吡咯(PPy)，分析觀測到聚吡咯納米顆粒(PPy NPs)（50 nm左右）具有良好的分散性，并且其在近紅外光區(qū)展現(xiàn)出很強的光吸收能力。此外，我們還測試了PPy NPs的光熱轉(zhuǎn)換能力。實驗發(fā)

4、現(xiàn)當(dāng)PPy NPs的水溶液濃度為60μg mL-1時，其在808nm（0.5 W cm-2）激光下照射6分鐘后，分散液的溫度升高到87.5°C（ΔT=64.5°C），而純?nèi)ルx子水在相同條件下升高到27.7°C（ΔT=4.7°C）。這說明，PPy NPs具有良好的光熱轉(zhuǎn)換性能。
　　第二部分：我們設(shè)計了一種基于聚吡咯(PPy)納米顆粒構(gòu)筑的全高分子基紫外/近紅外光屏蔽薄膜。在第一部分研究的基礎(chǔ)上，我們將PPy與聚丙烯酸(PAA)樹脂

5、混合，采用涂布/干燥的成膜方法制備一系列PPy-PAA復(fù)合薄膜，這些薄膜具有良好的可見光透過性能，同時能夠屏蔽紫外/近紅外光。例如，一種厚度為0.34 mm、聚吡咯比重為0.05％的復(fù)合薄膜，能夠透過63.1%可見光，但是屏蔽47.2%的紫外光和80.9%的近紅外光。以該薄膜作為一個暗室的玻璃窗涂層，在0.5 W cm-2的模擬太陽光下照射1500 s后，暗盒內(nèi)部空氣溫度從室溫25°C升高到33.9°C，該溫差(8.9°C)明顯低于同等

6、條件下只有玻璃時的空氣溫度變化(15.7°C)。因此，PPy-PAA全高分子基薄膜在新型環(huán)保的紫外/近紅外光屏蔽薄膜材料中有著巨大潛在價值。
　　第三部分：我們設(shè)計并合成了一種基于聚吡咯納米顆粒的聚吡咯-殼聚糖-N-異丙基丙烯酸酰胺（PPy-PNIPAM/CS）智能復(fù)合微凝膠。首先通過無皂乳液共聚法，以殼聚糖（CS）作為大分子單體與 N-異丙基丙烯酸酰胺（ NIPAM）在水溶液中制備了50 nm左右的CS-PNIPAM微凝膠。這其

7、中用十二烷基硫酸鈉（SDS）作為表面活性劑，過硫酸銨（APS）作為引發(fā)劑。然后基于此微凝膠，采取了一步分散聚合法將2-5nm左右的聚吡咯納米顆粒均勻生長/吸附在CS-PNIPAM微凝膠表面，構(gòu)成 PPy-PNIPAM/CS智能復(fù)合微凝膠。PPy-PNIPAM/CS智能復(fù)合微凝膠在近紅外區(qū)域展現(xiàn)了較強的吸收，其相轉(zhuǎn)變溫度在38°C左右。并且，通過808nm的激光照射復(fù)合溫敏性微凝膠，其表現(xiàn)出了良好的光熱性能。含有60μg mL-1PPy的