论文摘要
自从1991年Lijima等发现碳纳米管以来,一维（One-dimensional,1D）或者准一维纳米材料的制备和功能研究开始引起科学家和企业的广泛关注。目前,制备一维无机纳米结构材料的方法很多,如气-固、液-固、气-液-固和自组装等。在光电子器件微型化、纳米化的发展趋势下,二十一世纪之初,研究者们把目光集中到具有纳米尺寸的电子聚合物材料的制备、特性和应用研究上。结构和性能各异的单组分和多组分的一维纳米聚合物结构主要是通过海岛双组分复合纺丝法、模板合成法、静电纺丝法和高分子限定域合成等手段来制备的。2002年,美国诺贝尔化学奖获得者A.G. MacDiarmid教授的课题组报道了采用高压静电纺丝法（Electrospinning）制备出的聚苯胺电纺纤维的平均直径达139nm,从而开辟了聚合物、聚合物复合纳米纤维研制的新思路。一维半导体纳米结构（点、线、管、带）的尺度效应使得它们具有普通的固体材料所不具备的特殊性能,例如,激光行为和高的光致发光特性等。这些特殊的性能主要是由半导体纳米结构的能带变化,或者其特殊的几何构型导致纳米结构产生了附加的电子能级而引起的。如何将这些性能优异的半导体纳米材料与有机聚合物复合,制备性能卓越的一维纳米复合材料,充分利用聚合物的弹性、韧性以及无机半导体材料的硬度、耐热性、耐摩擦性和化学稳定性能等是一个富有挑战性的课题。而在制备一维纳米结构材料方面,静电纺丝技术以简便、易行的操作而受到人们的青睐。它是以聚合物及其混合物溶液或者熔体为原料,高压静电电场作为驱动力,熔体或溶液在电场力和静电排斥力作用下被高速拉伸导致其细化,伴随着溶剂的挥发或熔体的冷却固化,最终在接收电极上形成纤维状物质。为此,本文筛选了具有良好光致发光和电致发光特性以及光电和非线性光学性能的聚对苯乙炔前驱体作为纺丝母液,通过对无机半导体和一些聚合物遴选,利用静电纺丝方法并结合溶胶—凝胶（Sol-gel）、自组装（Self-assembly）等技术制备了多种一维聚合物/无机半导体复合纳米纤维材料,并对这些一维或者准一维结构材料的发光特性进行了研究。具体研究内容如下:（1）以对氯苄和四氢噻吩为原料,制备了各种浓度的聚对苯乙炔先驱聚合物的水和乙醇溶液,并系统探究了其物理参数（粘度、电导率、表面张力等）对所得纤维表面形态的影响,从而揭示了溶液本身物理性质对纤维表面态影响的相关信息,为进一步复合纤维的制备奠定了基础。（2）利用高压静电纺丝技术结合溶胶—凝胶和分子自组装手段,通过对二氧化钛（TiO2）、硫化镉（CdS）、硫化银（Ag2S）和硫化铜（CuS）等无机半导体材料和聚环氧乙烷（PEO）、聚乙烯醇（PVA）以及聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等助成丝材料进行优选,制备了多种新型的一维聚合物/无机半导体（PPV/TiO2,PVP/TiO2,PEO/CdS, PPV/ PVA/CdS等）复合纳米纤维毡。（3）利用现代分析测试手段（扫描电子显微镜、透射电子显微镜、荧光光谱和X射线光电子能谱等）对由一维聚合物/无机半导体复合纤维所构成的二维膜结构材料进行表征。探究了其发光和表面光生电荷行为、发光效率、纤维复合结构对发光强度的影响,并对一维半导体材料的取向机理和影响因素以及复合纤维制备过程中的关键影响因素等方面进行了深入的研究,同时,揭示了聚合物纳米纤维材料在设计合成以及在发光、光电转换应用过程中存在的关键基础科学问题。此项研究不仅能够丰富无机半导体纳米粒子的制备方法,而且为设计合成一维或准一维结构的聚合物/无机物复合纳米材料提供了新的手段和实践上的依据,从而加快了聚合物纳米材料的实用化进程。
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标签：静电纺丝论文; 纳米纤维论文; 溶胶凝胶法论文; 自组装论文; 纳米粒子论文; 光致发光论文; 半导体论文; 聚对苯乙炔论文;