多面体低聚倍半硅氧烷杂化膜的改性研究

论文摘要

多面体低聚倍半硅氧烷（Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes,POSS）,是一类结构简式为（RSiO1.5）n的化合物,可作为结构单元,组装制备不同特殊结构的杂化材料。这类材料由于在结构陶瓷、纳米催化、硬质涂料、膜分离以及医学材料等方面具有潜在应用前景而受到广泛关注,且其制备方法灵活,便于分子“裁剪”,实行分子设计,因而具有广阔的应用与开发前景。本文采用溶胶-凝胶法制备了正硅酸四乙酯（TEOS）改性的乙烯基三甲氧基硅烷（VMS）、γ-环氧丙基醚丙基三甲氧基硅烷（GPMS）和γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷（MPMS）倍半硅氧烷有机-无机杂化材料。凝胶渗透色谱（GPC）分析其分子量,确定了最佳反应条件。用浸渍法使其在玻璃基体上成膜。通过红外光谱对其进行表征。用扫描探针电镜研究了膜的形貌,扫描电镜测试膜厚,并通过紫外-可见-近红外分光光度计研究了膜材料的光学性能,通过热力学性能测试对杂化膜的热力学性能进行了研究。最后通过MTS Nano-Indenter XP纳米压痕仪,用压痕法测试了有机-无机杂化膜的硬度和杨式模量,掺入ZrO2后有机-无机杂化膜的弹性模量和硬度均较纯杂化膜有所提高。制得的材料具有纳米级倍半硅氧烷结构,有良好的透光性及热稳定性。对掺入无机组分的POSS杂化膜进行了抗热震性能测试。结果表明,掺入无机组分对杂化膜性能抗热震性能有较大影响。掺入无机组分Na2O、MgO、CaO、SiO2、ZrO2的POSS杂化膜抗热震性能最佳。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 有机-无机纳米杂化材料
• 1.1.1 有机-无机杂化材料
• 1.1.2 有机-无机纳米杂化材料
• 1.2 倍半硅氧烷的特性及研究进展
• 1.2.1 倍半硅氧烷
• 1.2.2 倍半硅氧烷的特点及应用前景
• 1.2.3 国外该领域的研究现状
• 1.2.4 国内该领域的研究现状
• 1.3 研究内容
• 第2章 材料的制备与表征
• 2.1 实验主要药品及仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 中间体的制备原理及合成过程
• 2.2.1 溶胶-凝胶法
• 2.2.2 中间体的制备
• 2.3 合成中间体的影响因素
• 2.3.1 反应物的影响
• 2.3.2 催化剂的影响
• 2.3.3 温度的影响
• 2.3.4 反应时间的影响
• 2.4 中间体制备条件的正交实验分析
• 2.5 中间体的交联固化
• 2.6 红外光谱分析
• 2.6.1 KH-560 材料交联前后 FTIR 光谱对比分析
• 2.6.2 KH-570 材料交联前后的 FTIR 光谱对比分析
• 2.6.3 YGO 材料交联前后的 FTIR 光谱对比分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 材料性能的测试与分析
• 3.1 POSS 杂化膜纳米力学性能
• 3.1.1 纳米力学性能测试
• 3.1.2 无机组分含量对纳米力学性能影响
• 3.2 热学性能
• 3.3 光学性能
• 3.4 本章小结
• 第4章 杂化膜表面形貌及抗热震性能
• 4.1 杂化膜表面形貌
• 4.2 抗热震性
• 4.2.1 抗热震性能测试方法
• 4.2.2 无机组分对抗热震性影响
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢