无机—高分子复合膜的制备及光致变色性能的研究

论文摘要

杂多化合物由于具有高电子密度和可逆的多价态还原产物特别适合做光电材料。近年来,为实现在这些科技领域的应用,将其引入到高分子网络制成光致变色复合薄膜的工作得到广泛的关注。本文以水溶性高分子为底物设计制备了一系列含杂多化合物的高分子复合膜,利用透射电子显微镜、原子力显微镜和红外分光光度计等工具研究了这些复合膜的微结构、表面形貌,并利用紫外-可见吸收光谱、电子自旋共振光谱等测试手段系统地研究了复合膜的光致变色性质及可能机理。通过以上的实验,我们得到了一些创新性的结果,其主要内容可以归纳如下;以聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮作为高分子基底分别制备了一系列含杂多化合物的各具特色的新型光致变色薄膜。两类复合膜具有良好的光致变色性能,在紫外光照射下可以通过氢键构建的电荷转移桥将有机分子中的电子传输给杂多酸,使杂多酸发生光还原反应生成杂多蓝,光还原反应符合电荷转移机理。调整复合膜中杂多酸种类和组分的配比对复合膜结构和光致变色性能存在显著影响。研究结果表明钼磷酸复合膜光致变色的着色效率要强于钨磷酸复合膜,但其褪色速率却逊色于钨磷酸复合膜。这些现象是由多酸本身的氧化-还原性质决定的。将Keggin结构钼磷酸分散在聚乙二醇体系中,制备了具有光致变色性能的纳米复合膜。结果表明小尺寸的钼磷酸纳米粒子均匀分散在高分子基质中。钼磷酸和高分子基质之间存在强非价键相互作用。在紫外光照射下,复合薄膜按照电荷转移机理发生光还原反应,生成杂多蓝。为改善复合物的成膜性,使用苯乙烯丙酸共聚乳液（SAL）作为非活性成膜助剂,有效的改进了光致变色薄膜的光学和机械性能。以上结果在以前的文献中未见报道。上述结果表明在这些体系的可逆光致变色过程中,起决定因素的是高分子中活性官能基团与杂多酸之间的相互作用。此外,由于消色过程是一个与氧气有关的化学反应,因此薄膜的表面致密性及多酸本身的氧化-还原性质对复合膜的褪色过程影响很大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 光致变色材料概况
• 1.1.1 光质变色材料的发展历史
• 1.1.2 光致变色现象
• 1.1.3 光致变色材料的应用
• 1.2 有机类光致变色材料
• 1.3 过渡金属氧化物类光致变色材料
• 1.4 多酸化合物光致变色材料
• 1.4.1 多酸化合物
• 1.4.2 杂多酸化合物的结构和特性
• 1.4.3 杂多化合物的光致变色机理
• 1.4.4 多酸化合物光致变色膜材料
• 1.5 本文的立题思想
• 第2章 材料的制备和测试
• 2.1 无机/高分子复合薄膜的制备
• 2.2 测试方法
• 第3章 杂多酸/聚乙烯醇复合膜的制备及光致变色性质
• 3.1 杂多酸/聚乙烯醇复合膜的制备
• 3.2 钼磷酸/聚乙烯醇复合膜的结构和光致变色
• 3.2.1 PMoA/PVA复合膜的结构
• 3.2.2 PMoA/PVA复合膜的光致变色性质与机理
• 3.3 杂多酸种类对杂多酸/聚乙烯醇复合薄膜光致变色的影响
• 3.4 不同配比对杂多酸/聚乙烯醇复合薄膜结构和光致变色的影响
• 3.5 小结
• 第4章 杂多酸/聚乙二醇复合膜的制备及光致变色性质
• 4.1 杂多酸/聚乙二醇复合膜的制备
• 4.2 杂多酸/聚乙二醇复合膜的结构表征
• 4.3 杂多酸/聚乙二醇复合膜的光致变色性能
• 4.3.1 PMoA/PEG/SAL的光致变色性能
• 4.3.2 SAL对PMoA/PEG复合膜光致变色性能的影响
• 4.3.3 PMoA/PEG/SAL复合膜光致变色机理
• 4.4 小结
• 第5章 杂多酸/聚乙烯基吡咯烷酮复合膜制备和光致变色性质
• 5.1 杂多酸/聚乙烯基吡咯烷酮复合膜的制备
• 5.2 杂多酸/聚乙烯基吡咯烷酮复合膜的结构及光致变色性质
• 5.2.1 钨磷酸/聚乙烯基吡咯烷酮复合膜的结构
• 5.2.2 钨磷酸/聚乙烯基吡咯烷酮复合膜的光致变色性质及机理
• 5.3 不同配比对杂多酸/聚乙烯吡咯烷酮复合膜光致变色的影响
• 5.4 杂多酸种类对杂多酸/聚乙烯吡咯烷酮复合膜的光致变色的影响
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢
• 研究生履历