超声制备纳米银镓合金/PMMA复合材料的研究

论文摘要

本文主要研究应用超声辐射技术,在不加任何引发剂和金属还原剂的情况下,超声辐射引发银离子还原成银原子并与超声细化而成的镓团簇相互作用形成纳米银镓合金,同时超声原位引发单体MMA在纳米合金表面的聚合,最终制备出纳米银镓合金/PMMA复合材料。采用超声辐射引发乳液聚合,在不加引发剂的条件下,实现单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）在水介质中的聚合;初步探索出了最优的反应条件:超声功率400W、超声时间45min、乳化剂含量0.5wt%、金属含量0.3wt%、氮气流率80ml/min以及反应温度45±2℃,为制备性能优越的纳米复合材料提供最优的工艺条件。HREM和EDS等表明:在纳米银镓合金/PMMA复合乳液分散体系中,乳胶粒子呈球形分布,粒径分布在80～200nm,分散状态良好;进一步显微观察显示,乳胶粒子具有典型的核壳结构,中间黑色金属相为核部分;外围颜色较淡环状部分聚合物（PMMA）为壳部分。同时,还发现一个有趣的现象,就是乳胶粒子中聚合物分子链（PMMA）具有明显的层状结构,层与层之间的距离大约在2.8nm左右,可能是聚合物一层层有序地自行组装而成。XRD证明:生成的银镓合金物质为Ag0.72Ga0.28;此外还出现了两个新的衍射峰,可能有新的银镓合金物质生成。借助FT-IR、XPS等分析手段对纳米银镓合金/PMMA复合材料的微观分子结构进行表征,结果证明:纳米金属粒子与聚合物分子链PMMA之间不是简单的物理包覆,而存在一定的化学作用,形成某种配位共价键,从而实现了纳米金属与聚合物在微观尺度上的化学复合。用TG-DSC表征分析纳米银镓合金/PMMA复合材料的热学性质。结果表明:其玻璃化转变温度约85℃,低于纯PMMA的玻璃化转变温度（约104℃）,而其分解温度（约380℃）则比纯PMMA的分解温度高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 纳米科学技术
• 1.2 纳米材料
• 1.2.1 纳米材料的特性
• 1.2.2 纳米材料的制备
• 1.2.3 纳米材料的表征
• 1.3 聚合物基纳米复合材料
• 1.3.1 纳米复合材料
• 1.3.2 聚合物基纳米复合材料的制备方法
• 1.3.3 聚合物基纳米复合材料应用研究
• 1.4 纳米合金/聚合物复合材料
• 1.4.1 纳米合金材料的制备方法
• 1.4.2 纳米合金复合材料研究进展
• 1.5 超声化学与超声波乳液聚合
• 1.5.1 超声波作用的机理
• 1.5.2 超声波乳液聚合的特点
• 1.5.3 超声乳液聚合的研究进展
• 1.6 本文构思、目的与研究内容
• 第二章 纳米银镓合金/PMMA复合材料的制备与表征方法
• 2.1 实验手段
• 2.1.1 实验原料与仪器
• 2.1.2 实验仪器装置
• 2.1.3 实验表征与测试仪器
• 2.2 实验原理
• 2.2.1 超声引发单体聚合原理
• 2.2.2 超声还原机理原理
• 2.3 纳米银镓合金/PMMA复合材料的制备
• 2.4 表征与测试方法
• 2.4.1 单体转化率表征
• 2.4.2 乳液分散体系稳定性表征
• 2.4.3 傅立叶红外光谱表征
• 2.4.4 高分辨透射电子显微镜表征
• 2.4.5 X射线能谱表征
• 2.4.6 X射线衍射表征
• 2.4.7 差热-热重分析
• 2.4.8 X射线光电子能谱表征
• 第三章 纳米银镓合金/PMMA复合乳液分散体系的性质
• 3.1 单体MMA转化率的影响因素
• 3.1.1 超声时间对单体转化率的影响
• 3.1.2 超声功率对单体转化率的影响
• 3.1.3 乳化剂含量对单体转化率的影响
• 3.1.4 氮气流速对单体转化率的影响
• 3.2 纳米银镓合金/PMMA复合乳液分散体系稳定性的研究
• 3.2.1 纳米银镓合金/PMMA复合乳液分散体系的冻融稳定性
• 3.2.2 纳米银镓合金/PMMA复合乳液分散体系的储存稳定性
• 3.3 纳米银镓合金/PMMA复合乳液体系的分散状态
• 3.3.1 高分辨透射电子显微镜表征
• 3.3.2 X射线能谱表征
• 3.3.3 纳米银镓合金/PMMA复合乳胶粒子核壳结构的模型
• 第四章 纳米银镓合金/PMMA复合材料的性质
• 4.1 傅立叶红外光谱表征
• 4.2 X射线衍射表征
• 4.3 差热-热重分析表征
• 4.4 X射线光电子能谱表征
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 本论文工作的主要内容
• 5.2 本论文工作的创新点
• 5.3 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间发表的文章