纳米ZnO-聚苯乙烯复合膜的制备及性能研究

论文摘要

ZnO是第三代半导体材料,具有宽禁带、高激子束缚能、价格低廉和环境友好等特点,具有广阔的光电应用前景。纳米结构的ZnO是无机材料中纳米结构最丰富的材料之一,它具有量子限域效应,尺寸效应,表面效应等纳米结构独有的效应,在生产生活的各个领域均有很高的应用价值。紫外线是一种易对生物和器件造成损害的电磁辐射。将对紫外线有很好吸收性的ZnO纳米颗粒与高分子基体复合,能够制备出对紫外线具有屏蔽作用的有机无机复合物,一些研究者在这一领域已经进行了一定的研究,但依然存在很多问题需要克服,例如如何在不影响复合膜透明性的同时提高其紫外屏蔽性能,如何扩大复合膜基体材料的选择范围,如何制备出廉价可靠的复合膜等,因此高性能抗紫外复合膜的制备这个课题仍然值得人们进一步探索。本课题在前人工作的基础上,通过溶液法合成了分散性良好的ZnO纳米结构,并制备了具有优良性能的ZnO纳米晶-聚苯乙烯复合薄膜,研究了分散剂对于复合膜性能的影响,主要工作如下:1.采用了溶液法合成了ZnO纳米晶和纳米棒,所得纳米结构分散性良好,大小均匀,尺寸大小分别为约5 nm（纳米晶直径）和50 nm（纳米棒长度）,并研究了所得纳米结构的性能和分散剂对纳米晶的作用。2.首次通过非原位法制备了具有高紫外吸收率和可见光透过率的ZnO-聚苯乙烯复合薄膜,并利用XRD、TEM、UV-Vis、TGA、PL等测试手段分析了薄膜的形貌结构和光学、热学性能,且调节实验参数制备得到了具有最佳光学性能的复合薄膜:当复合膜中的ZnO含量处于0.75 wt.%至1.0wt.%之间时,薄膜能够吸收99%的紫外线同时保持85%以上的可见光透过率。3.较系统地考察了分散剂的种类与含量对薄膜性能的影响,通过添加合适的分散剂,能够制备出性能优异的ZnO-聚苯乙烯复合膜,为实现大规模工业化生产透明抗紫外覆膜提供了可能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 第二章 文献综述
• 2.1 纳米材料
• 2.1.1 纳米材料概述
• 2.1.2 纳米材料的制备
• 2.1.3 纳米材料的应用
• 2.2 ZnO纳米材料
• 2.2.1 ZnO的基本性质
• 2.2.2 ZnO纳米材料概述
• 2.2.3 ZnO纳米材料的制备
• 2.2.3.1 ZnO纳米材料制备方法概述
• 2.2.3.2 溶液法制备纳米ZnO进展
• 2.2.4 ZnO纳米材料的应用
• 2.3 抗紫外有机无机复合材料
• 2.3.1 紫外辐射基本概念
• 2.3.2 抗紫外功能材料
• 2.3.3 抗紫外有机无机复合材料
• 2.4 选题背景、研究的内容及意义
• 第三章 实验原理方法与过程
• 3.1 实验研究概述
• 3.2 实验试剂与设备
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验反应设备
• 3.2.3 分析测试设备
• 3.3 实验过程
• 3.3.1 纳米ZnO合成过程
• 3.3.1.1 ZnO球状纳米晶颗粒的合成
• 3.3.1.2 ZnO棒状纳米晶的合成
• 3.3.2 ZnO-聚苯乙烯复合膜制备过程概述
• 3.3.2.1 实验步骤
• 3.3.2.2 制备原理
• 3.4 材料表征手段
• 3.4.1 紫外-可见光分光光度计
• 3.4.2 透射电镜
• 3.4.3 热重分析仪
• 3.4.4 X射线衍射仪
• 3.4.5 荧光光谱仪
• 第四章 ZnO纳米结构的制备及性能
• 4.1 ZnO纳米晶的制备及性能
• 4.1.1 ZnO纳米晶生长过程
• 4.1.2 结果表征及讨论
• 4.1.3 分散剂对ZnO纳米晶的影响
• 4.2 ZnO纳米棒的制备及性能
• 4.2.1 ZnO纳米棒生长过程
• 4.2.2 结果表征及讨论
• 4.3 本章小结
• 第五章 ZnO-聚苯乙烯复合膜的性能研究
• 5.1 合成过程概述
• 5.2 结果表征及讨论
• 5.2.1 光学性能分析
• 5.2.2 形貌与结构分析
• 5.2.3 热重分析
• 5.2.4 柔韧性及其它性能分析
• 5.3 分散剂对ZnO-聚苯乙烯复合膜性能的影响
• 5.3.1 分散剂种类对ZnO-聚苯乙烯复合膜光学性能的影响
• 5.3.2 分散剂含量对复合膜光学性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 作者简历及攻读硕士期间所获得的科研成果