一维非碳无机纳米材料表面聚合物可控功能化研究

论文摘要

近年来,一维无机纳米材料由于其在光学、力学等领域的特殊性质,引起了人们普遍关注。但由于无机纳米材料比表面能大,在水中及有机溶剂中均不易分散,限制了其应用。而聚合物在可加工性、生物相容性等方面有着无机化合物难以替代的优势。于是,无机纳米材料的高分子功能化应运而生。本论文以一维非碳无机纳米材料表面的高分子功能化为着眼点,特别是利用近年来新兴的可控聚合,建立了一维非碳无机纳米材料表面高分子功能化的系统方法,制备了多种兼具无机化合物和聚合物性能的一维无机-有机纳米杂化材料。本论文首先利用“嫁接”方法,将聚乙二醇单甲醚接枝到氢氧化镧纳米线表面。该制备方法操作简单,得到的聚乙二醇单甲醚接枝的一维纳米杂化材料在水中分散性和分散稳定性都较修饰前有所提高。然后,又利用原位接枝聚合反应方法来进行一维非碳无机纳米材料表面的高分子功能化。通过高效的有机反应,将原子转移自由基聚合（ATRP）、开环聚合（ROP）的引发剂或可逆加成-裂解链转移聚合（RAFT）的链转移剂接枝到纳米线表面。之后将这种接枝了引发剂或链转移剂的纳米线分散到聚合体系中,利用相应的聚合反应在无机纳米线表面进行聚合物的功能化。利用红外、核磁、热重分析等对制备的一维无机-有机纳米杂化材料进行了表征。通过凝胶渗透色谱对聚合物分子量和分子量分布做了表征,证明了所进行的聚合反应可控。从而建立了几种在一维非碳无机纳米材料表面实现可控聚合物功能化的方法。对得到的三价铕离子掺杂的磷酸镧-聚己内酯（LaPO4: Eu-PCL）一维纳米杂化材料进行了性能表征,证实了该新型一维无机-有机纳米杂化材料结合了无机材料的荧光性与聚合物的生物可降解性,同时证实了磷酸镧纳米线对所用脂肪酶的生物低毒性。对三价铕离子掺杂的磷酸镧-聚（N-异丙基丙烯酰胺）（LaPO4: Eu-PNIPAM）一维纳米杂化材料进行了温度响应性能测定,发现了在一维纳米材料表面接枝的高密度PNIPAM的相转变特点。这些新型的一维无机-有机纳米杂化材料有望应用于传感器、生物标记等领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 一维纳米材料
• 1.2 有机-无机杂化材料
• 1.2.1 复合材料与有机-无机杂化材料
• 1.2.2 无机纳米材料表面的有机小分子功能化
• 1.2.3 无机纳米材料表面的有机大分子功能化
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 基于“Graft to”方法在氢氧化镧纳米线表面聚乙二醇单甲醚功能化
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂及其纯化
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 样品合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 氢氧化镧纳米线的制备与表征
• 2.3.2 氢氧化镧纳米线表面的硅烷化修饰
• 2.3.3 聚乙二醇单甲醚末端官能团转换
• 3-MPEG）'>2.3.4 氢氧化镧纳米线表面的聚乙二醇单甲醚修饰（La（OH）₃-MPEG）
• 2.3.5 产物的分散性
• 2.4 小结
• 第3章 基于原子转移自由基聚合方法在氢氧化镧纳米线表面聚苯乙烯功能化
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂及其纯化
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 样品合成
• 3.3 结果与讨论
• 3-Br）'>3.3.1 氢氧化镧纳米线表面原子转移自由基聚合引发剂（La（OH）₃-Br）
• 3-PS）'>3.3.2 氢氧化镧纳米线-聚苯乙烯一维纳米杂化材料（La（OH）₃-PS）
• 3.3.3 反应机理与反应条件的讨论
• 3.4 小结
• 第4章 基于开环聚合方法在无机纳米线表面聚己内酯功能化
• 4.1 前言
• 3-PCL）'>4.2 氢氧化镧纳米线-聚己内酯一维纳米杂化材料（La（OH）₃-PCL）
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.2 结果与讨论
• 4:Eu-PCL）'>4.3 三价铕离子掺杂的磷酸镧纳米线-聚己内酯一维纳米杂化材料（LaPO₄:Eu-PCL）
• 4.3.1 实验部分
• 4.3.2 结果与讨论
• 4.4 小结
• 第5章 基于可逆加成-裂解链转移自由基聚合方法在掺杂三价铕离子的磷酸镧纳米线表面聚（N-异丙基丙烯酰胺）功能化
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 主要试剂及其纯化
• 5.2.2 仪器
• 5.2.3 样品合成
• 5.3 结果与讨论
• 4: Eu-CTA）'>5.3.1 三价铕离子掺杂的磷酸镧纳米线表面链转移剂（LaPO₄: Eu-CTA）
• 4: Eu-PNIPAM）'>5.3.2 三价铕离子掺杂的磷酸镧纳米线-聚（N-异丙基丙烯酰胺）一维纳米杂化材料（LaPO₄: Eu-PNIPAM）
• 5.3.3 对反应机理的讨论
• 4: Eu-PNIPAM 一维纳米杂化材料的荧光性能'>5.3.4 LaPO₄: Eu-PNIPAM 一维纳米杂化材料的荧光性能
• 4: Eu-PNIPAM 一维纳米杂化材料的温度敏感性'>5.3.5 LaPO₄: Eu-PNIPAM 一维纳米杂化材料的温度敏感性
• 5.4 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果