含稀土光学纤维复合材料的合成与性能研究

论文摘要

稀土高分子发光材料由于兼具稀土离子发光强度高、色纯度高和高分子材料优良的加工成型性能等优点而被广泛研究,因此通过稀土与功能粒子的复合,特别是共聚后可以制备性能优异有使用价值的发光高分子微球与纤维是近些年来国际研究的热点。本文从完善稀土有机配合物荧光三基色为基础和优化稀土荧光高分子材料制备方法着手,制备具有实用价值的荧光高分子材料,制定了研究内容如下：一、含稀土配合物的合成及性能研究以氧化镝（Dy203）为原料,分别以α-甲基丙烯酸、乙酰丙酮和苯甲酸为第一配体,1,10-菲哕啉为第二配体,以水为溶剂,采用共沉淀的方法制备了一系列镝发光配合物；以同样的方法制备以氧化铕（Eu203）为原料,以α-甲基丙烯酸为第一配体,1,10-菲哕啉为第二配体的含铕配合物,对比两种稀土配合物的发光强度,选择发光强度高为制备共聚物微球和纤维的原料。通过红外吸收光谱（IR）、紫外吸收光谱（UV）和X-射线粉末衍射（XRD）确定了配合物的组成,通过场发射扫描电镜（FES EM）研究了配合物的形貌,通过同步热分析仪（STA）研究配合物的热性能,通过荧光光谱仪测试了配合物的荧光强度,并对比不同配体配合物的发光性能。二、含Eu3+荧光高分子微球的制备及性能研究采用分散聚合的方法,将具有聚合活性的荧光配合物Eu（MAA）3phen和甲基丙烯酸甲酯（MMA）共聚,制备出分子量较高,分布较窄和分散性很好的荧光微球,成功地将Eu3+引入到高分子材料中,制备了一系列Eu3+含量不同的PMMA-co-Eu（MAA）3phen荧光微球。利用IR、UV、XRD、和TEM表征了配合物在共聚物中的存在形式,并用TEM表征微球的形貌和尺寸,通过同步热分析（STA）测试共聚物热性能,形成共聚物后最大降解温度提高,热稳定性提高,利用荧光光谱测试了共聚物的荧光性能,研究荧光微球的荧光强度随着配合物含量的增大而增大,在所做含量中未出现浓度猝灭现象。三、含Eu3+荧光高分子纤维的制备及性能研究研究和探讨静电纺丝的最优条件,并得到稀土共聚物的静电纺丝工艺。采用N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合溶剂作为纺丝溶剂,分别将稀土共聚物微球与稀土配合物与聚甲基丙烯酸甲酯共混物溶解,制备纺丝溶液,再通过静电纺丝法制得了荧光纤维。利用IR表征共聚物组成；采用SEM分析纤维形态和形貌以及稀土配合物在纤维中的分散情况。运用荧光分析仪测试了共混法和共聚法纤维的荧光性能,研究了共混法和共聚法荧光纤维的荧光强度与配合物含量变化之间的关系。本文结果表明活性配合物通过共聚反应而成键,稀土离子在共聚物中分布均匀;共聚物微球具有稀土离子的特征荧光发射,且随着共聚物中Eu3+含量的增加,共聚物的荧光强度逐渐增加,在实验所做配合物含量范围内未出现“浓度猝灭”现象；共混荧光纤维在含量高于12%后,表面有颗粒、不光滑,说明配合物与PMMA相容性较差。共混物纺丝的最佳配合物含量为12%。含量再增高时,纤维断裂较多,不宜进行纺丝,且共混物荧光纤维在稀土配合物含量为12%左右时共混物纤维的荧光强度为最大值。稀土配合物含量低于12%时,共混物纤维的荧光强度随稀土配合物的增加而增加,稀土配合物含量高于12%时,荧光强度随稀土配合物的增加反而降低,出现“浓度猝灭”效应。所有浓度的共聚物纤维表面都光滑,说明Eu（MAA）3phen与MMA生成的共聚物具有很好的成纤性,可以得到微米级别的纤维,且在所做含量范围内未出现浓度猝灭现象。共聚物、共聚物纤维及荧光微球的荧光具有相同的荧光发射。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 稀土概述
• 1.1.1 稀土
• 1.1.2 稀土发光原理
• 1.2 稀土光致发光材料分类
• 1.2.1 稀土无机光致发光材料
• 1.2.2 稀土有机小分子光致发光材料
• 1.2.3 稀土高分子发光材料
• 1.3 稀土高分子发光材料的制备方法
• 1.3.1 稀土掺杂高分子发光材料
• 1.3.2 键合法制备稀土高分子发光材料
• 1.4 稀土发光纤维
• 1.4.1 稀土发光纤维的制备方法
• 1.4.1.1 电纺丝技术简介
• 1.4.1.2 静电纺丝影响因素
• 1.4.1.3 静电纺丝的应用
• 1.4.2 稀土发光纤维的应用
• 1.5 本课题的研究的意义及内容
• 1.5.1 本课题的意义
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 1.6 参考文献
• 第二章 具有聚合活性的发光稀土配合物的制备与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 仪器设备
• 2.2.3 测试仪器
• 2.2.4 实验步骤
• 2.2.4.1 稀土氯化物的制备
• 2.2.4.2 稀土配合物的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 紫外吸收光谱分析
• 2.3.1.1 配体紫外吸收光谱分析
• 2.3.1.2 配合物紫外吸收谱图分析
• 2.3.2 电感耦合等离子体分析
• 2.3.3 配合物红外分析
• 2.3.4 配合物的XRD分析
• 2.3.5 场发射电镜图
• 2.3.6 热重分析
• 2.3.7 荧光光谱分析
• 2.3.7.1 二元配合物荧光光谱分析
• 2.3.7.2 三元配合物的荧光光谱分析
• 2.4 结论
• 2.5 参考文献
• 第三章 稀土发光共聚物微球的制备与表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料及试剂
• 3.2.2 实验设备
• 3.2.3 实验所用的分析检测仪器
• 3.2.4 实验过程
• 3.2.4.1 甲基丙烯酸甲酯的精制
• 3.2.4.2 偶氮二异丁腈（AIBN）的精制
• 3phen）的制备'>3.2.4.3 稀土发光配合物（Eu（MAA）₃phen）的制备
• 3.2.4.4 稀土发光微球的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 配合物和共聚物的溶解性能
• 3.3.2 红外光谱分析
• 3.3.3 XRD分析
• 3.3.4 紫外光谱分析
• 3.3.5 分子量及分子量分布
• 3.3.6 透射电镜分析
• 3.3.7 热性能分析
• 3.3.8 荧光性能分析
• 3.4 结论
• 3.5 参考文献
• 第四章 静电纺丝法制备含铕荧光纤维
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料及试剂
• 4.2.2 实验设备
• 4.2.3 实验所用的分析检测仪器
• 4.2.4 纺丝液的制备
• 4.2.4.1 共混物纺丝液的的制备
• 4.2.4.2 共聚物纺丝液的的制备
• 4.2.5 纺丝工艺探索
• 4.2.6 共混物纺丝
• 4.2.7 共聚物纺丝
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 工艺探索结果
• 4.3.1.1 单一溶剂对纺丝的影响
• 4.3.1.2 复合溶剂对纺丝的影响
• 4.3.2 红外分析
• 4.3.3 纤维扫描电镜图
• 4.3.3.1 PMMA纤维电镜图
• 4.3.3.2 共混物纤维电镜图
• 4.3.3.3 共聚物纤维电镜图
• 4.3.4 荧光性能
• 4.3.4.1 共混物纤维荧光分析
• 4.3.4.2 共聚物纤维荧光分析
• 4.3.4.3 共混物纤维照片
• 4.3.4.4 共聚物纤维照片
• 4.4 结论
• 4.5 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 攻读硕士期间参加的会议及研究成果
• 致谢