聚吡咯纳米阵列电极的光电化学
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)
March Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2006,22(3)：261~264
聚吡咯纳米阵列电极的光电化学
刘玲赵尧敏杨洁赵崇军江志裕*
(复旦大学化学系,分子催化和创新材料上海重点实验室,上海200433)
摘要以多孔的铝阳极氧化膜(AAO)为模板制备了直径约为80nm聚吡咯(PPy)纳米线的阵列电极,并研究了它的光电化学响应.结果表明,在电极电位低于-0.1V(vs Ag/AgCl)时出现的阴极光电流是由聚吡咯纳米线的p型半导体性质引起的,其平带电位为-0.217V.聚吡咯纳米线的长度对光电流的影响较大,最佳长度为42nm.这是因为在很短的聚吡咯纳米线阵列中PPy太少,产生的光电流弱,而在过长的聚吡咯纳米线阵列中光生电子在到达电极基底前易于与光生空穴复合而消失.聚吡咯纳米线有可能作为纳米光电器件用于未来微器件系统.
关键词：聚吡咯,阳极氧化铝膜,纳米线阵列,光电化学
中图分类号：O646
Photoeletrochemical Behavior of Polypyrrole Nanofiber
Array Electrodes
LIU,Ling ZHAO,Yao?Min YANG,Jie ZHAO,Chong?Jun JIANG,Zhi?Yu* (Department of Chemistry,Shanghai Key Laboratory of Molecular Catalysis and Innovative Materials,
Fudan University,Shanghai200433,P.R.China)
Abstract Polypyrrole(PPy)nano?fiber array electrodes were fabricated by electrochemical deposition of PPy in the pores of anodic aluminium oxide(AAO)templates.The photocurrent appeared at the potential below-0.1V(vs Ag/AgCl) was caused by the p?type semiconductor properties of PPy material.Its flat?band potential E fb was determined as-0.217 V(vs Ag/AgCl).The photocurrent of PPy nano?fiber array electrode varied with the length of the PPy nanofibers.For very thin PPy nano?fiber array the photocurrent was small.But if the arrays were too thick the photocurrent was also small because the photo?induced electrons might recombine with photo?induced holes in the film before reaching the back contact.The optimum thickness was42nm.The PPy nano?fiber devices might be used as nano photo?electronic device in the future.
Keywords：Polypyrrole,Anodic aluminium oxide membrane,Nano?fiber arrays,Photoelectrochemistry
聚吡咯(PPy)是一种重要的导电聚合物.由于其在水溶液或有机电解质中具有良好的充放电性能,可用作化学电源、传感器的电极材料,因此其电化学性能受到广泛的关注[1?4].在阳极极化时溶液中的阴离子可掺入聚吡咯,使材料的导电性增加,而在阴极极化时随着阴离子的脱出,聚吡咯的电阻明显增加.通过聚吡咯膜的光电化学研究,已经证明在较负的电极电位区间聚吡咯在水溶液或有机溶液中都可以测到阴极光电流,而且其强度随电极电位的负移而增大.光电化学过程中涉及光致阴离子脱掺杂和阳离子掺杂过程的发生.该光电流是由于PPy膜的p型半导体性质引起的[5?6].在含高浓度支持电解质和较小阳离子(Li+和Na+)的溶液中得到的光电流信号更强.Miquelino等[5]观察到在还原态时PPy膜呈现阴极光电流,而在导电态时则为阳极光电流,并且采用红外光时得到的信号更强.从研究光
[Article]https://www.360docs.net/doc/5116026540.html,
Received：July26,2005；Revised：September20,2005.*Correspondent,E?mail：zyjiang@https://www.360docs.net/doc/5116026540.html,；Tel：+8621?65642404.
国家自然科学基金(20333040),复旦大学研究生创新基金资助项目
鬁Editorial office of Acta Physico?Chimica Sinica
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和热对聚吡咯膜光电流的影响,Zhao等[7]证实了聚吡咯在电位较正区间呈现的光电流是由于光照引起电极表面温度略微上升,并促进电化学反应,从而产生的热电流.
随着纳米技术的发展,各种纳米器件正在不断出现.其中一种有效的制备纳米器件的方法是用硬模板法.这是利用具有阵列纳米孔的阳极氧化铝膜(AAO)或刻有阵列直通微孔的聚合物膜为模板,在孔中制备纳米器件.它具有制备方便,设备简单等优点.本研究以二步法制得的阵列纳米孔的阳极氧化铝膜为模板,制备聚吡咯纳米阵列电极,并研究其光电化学性质,探索制备聚吡咯纳米光电器件的可能性.
1实验部分
1.1试剂与仪器
吡咯购于Aldrich,使用前蒸馏,然后避光氮气气氛下5℃冷藏.其余均为国产分析纯试剂,未进一步纯化.溶液用高纯去离子水(电阻率大于17MΩ·cm)配制.
电化学实验在CHI660电化学工作站上进行.光电化学实验采用石英窗口的电解池.其中工作电极为聚吡咯纳米线阵列电极Pt/AAO/PPy,对电极和参比电极分别为Pt电极和饱和KCl溶液的Ag/ AgCl电极,电解液为0.5mol·L-1LiClO4溶液.测量光电化学谱的测试系统包括350W氙灯,ZF?3型恒电位仪,ZF?4型电位扫描信号发生器,44W平面光栅单色仪(上海光学仪器厂),PAR197型斩波器(选用频率为11Hz),PAR5210型锁相放大器,3086型X?Y函数记录仪等.入射光经斩波器调制后,通过平面光栅单色仪照射在工作电极上,用锁相放大器检测光电流作用谱和光电流-电位图.
1.2多孔阳极氧化铝膜(AAO)模板的制备
采用二次阳极氧化法在高纯铝(99.999%)箔上制备具有序阵列孔的氧化铝膜,具体制备参见文献[8?9].把它浸于饱和Hg2Cl2溶液,通过置换反应,逐渐将金属Al溶解掉,使AAO膜从铝基体上剥落下来.最后将AAO膜在质量分数为20%的H2SO4溶液中浸蚀,以除去膜底部的阻挡层,就可得有序阵列通孔的氧化铝模板.
1.3聚吡咯纳米线阵列电极的制备
Pt盘电极在1mol·L-1H2SO4溶液中,在-0.2~ 1.3V(vs SCE)之间多次扫描以得到清洁的表面.用氯化聚丙烯的甲苯溶胶涂在通孔的多孔氧化铝膜周边,并把它固定在Pt盘上作为工作电极,面积为0.2 cm2.以铂丝为对电极,饱和KCl溶液的Ag/AgCl 为参比电极,在0.1mol·L-1吡咯和0.2mol·L-1LiClO4混合溶液中,于恒定电位0.8V(vs Ag/AgCl)下在纳米孔中电沉积聚吡咯纳米线,得Pt/AAO/PPy阵列电极.根据文献[10],在平板Pt电极上每消耗240 mC·cm-2电量可形成厚度约1μm的聚吡咯膜.由于纳米孔都是垂直孔,按照AAO膜中纳米孔的孔率,控制电沉积的电量,可计算出在孔中沉积的纳米PPy线的长度.
2结果与讨论
2.1聚吡咯纳米线阵列电极的光电流-电位曲线
扫描电镜测试表明所制得的多孔氧化铝模板上纳米孔的孔率约为50%,孔径为80nm.按此计算,控制沉积电量可得到一定长度的聚吡咯纳米线.图1是制得的聚吡咯纳米线阵列膜在6mol·L-1NaOH 溶液中溶去氧化铝骨架后得到的聚吡咯纳米线的TEM照片.可以看出它是匀称的纳米线,其直径与AAO膜的孔径一致.
图2是长度约为30nm的聚吡咯纳米纤维(由阳极耗电量为3.6mC·cm-2聚合而成)的阵列电极在420nm的光照下电位扫描过程中测得的光电流-电位曲线.电位扫描区间为-0.7~0.5V,扫描速度为5mV·s-1.在遮光条件下,整个电位扫描过程中的光电流为零(图未给出).从图2中可以看出该光电流图形有两个特征.一个特征是阴极光电流出现在电极电位小于-0.1V的区间.这表明聚吡咯为p
图1在6mol·L-1NaOH溶液中溶去氧化铝骨架后的聚吡咯纳米纤维的TEM照片
Fig.1TEM image of nano鄄PPy fibers obtained after the complete dissolution of porous anodic
alumina mattress in6mol·L-1NaOH
solution
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No.3江志裕等：聚吡咯纳米阵列电极的光电化学型半导体性质.起初光电流随电极电位负移而明显地增大,在-0.5V 出现了光电流下降.这可归因于在
电位较负时的电还原过程中ClO -4离子从聚吡咯纳
米线中脱出,聚吡咯纳米线的电阻急剧上升,从而使光生电子在聚吡咯纳米线中的传递变得困难,而易于与光生空穴复合的缘故.在返向电位扫描过程中,反应逆转,因此光电流又有所回升,也出现电流峰.另一个特征是在电极电位较正的区间未出现光电流.
对照平板聚吡咯膜电极[7],纳米PPy 纤维阵列电极的光电流行为有明显的不同.对于铂上电沉积聚吡咯膜的平板电极,除了在负电位区出现阴极电流外,在正电位区还出现了光电流.通过用热释电传感膜对光照下电极表面温度变化和热电流的测定,得出正电位区出现的光电流是由于光照使电极表面温度略为升高,从而产生的热电流[7].而如上所述,Pt/AAO/PPy 纳米阵列电极在正电位区并未出现光电流.可以认为沉积在多孔氧化铝模板纳米孔中的聚吡咯纤维,不仅很细而且被氧化铝隔开,光照下热量不易积累,温升较小.故在相似厚度的情况下在正电位区没有观察到光电流.
2.2纳米PPy 阵列电极的平带电位
平带电位E fb 是半导体中的电子能带不随空间位置变化而表现为平带时的电位,是一个重要的参数.它与半导体的整流特性和光电流的产生有密切的关系.根据G ?rtner ?Butler 理论,光电流(i ph )-电位(E )的关系可以表示为
[11]
i 2ph =k α2d 2
sc (E -E fb )
式中k 是常数,α是吸收系数,E 是电极电位,d sc 是德拜长度,d sc =(εε0k B T /e 2N )1/2,其中ε0是真空介电常数,ε是半导体的介电常数,k B 是波耳茨曼常数,N 是载流子密度.图3是在电位区间-0.1~-0.5V 间,
i 2
ph -E 的关系图.它基本为一直线.将该直线外推至i 2ph =0,从横轴的截距,可得到聚吡咯纳米纤维阵列电
极的平带电位为-0.217V(vs Ag/AgCl).2.3聚吡咯纳米线的长度对光电流的影响
图4是在0.5mol ·L -1LiClO 4溶液中电位为-0.5V 时的不同长度聚吡咯纳米线组成的阵列电极的光电流图谱,可以看出,光电流起始于720nm,主要出现两个峰,峰波长约在395nm 和465nm.后者与文
图2聚吡咯纳米纤维阵列电极电流-电压曲线Fig.2
Photocurrent-potential curve for polypyrrole nano ?fiber array electrode
0.5mol ·L -1LiClO 4solution,A =0.2cm 2,light wavelength λ=420nm,scan rate ：5mV ·s -1
E /V (vs Ag /AgCl)
图3波长为420nm 时在0.5mol ·L -1LiClO 4溶液中
i 2
ph 和E 的关系
Fig.3The relationship between i 2
ph
and potential E at 姿=420nm in 0.5mol ·L -1LiClO 4solution
E /V (vs Ag /AgCl)
图4由不同长度的聚吡咯纳米纤维组成的阵列电极
的阴极光电流图谱Fig.4
The cathodic photocurrent spectra for PPy nano ?fiber array electrodes with different fiber lengths
0.5mol ·L -1LiClO 4solution ；potential ：-0.5V (vs
Ag/AgCl)
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献[12]上测得的PPy 光电流谱峰值一致.
从图中可以看出,光电流与聚吡咯纳米线的长度有密切的关系.当纳米线长度为42nm 时,出现最大光电流.长度再增加,光电流响应反而减小,且第一个峰(波长约为395nm)逐渐不明显.但是吸收峰值位置并没有随长度的增加而变化.长度超过300nm 后,光电流已降低很多,当长度增大到1.4滋m,则几乎观察不到光电流.这可能是纳米线太长对光生电子浓度和成活率有影响.纳米线长度大时,光生电子在到达电极基底前可能已与纳米线中的光生空穴复合而失效.
为了进一步确认PPy 纳米线阵列电极在光照下的光电流性质,测试了恒定电位下的间歇照射实验.控制电极电位在-0.5V(vs Ag/AgCl)进行间歇照射.光波波长选在420nm,光照和遮光时间分别为20s 和10s,其结果如图5所示.从图5可见,光电流均为阴极电流.在纳米线长度为42nm 时,光电流可达到90nA,而且多次间歇照射后,光电流仍能保持稳定(图5a).而当长度为182nm 时,光电流仅为28nA,且性能不稳定,效率逐渐下降(图5b).
图6表明长度为58nm 的PPy 纳米线阵列电极在与图5相同条件光照下光电流随时间的变化,图中可以看出光电流相当稳定.从这种光电流开关效应来看,PPy 纳米线有可能用作纳米光电器件,在未来纳米器件中有一定的应用前景.
3结论
以多孔氧化铝为模板制备了聚吡咯纳米线的阵
列电极.研究了它在-0.7~0.5V 范围内的光电化学响应.结果表明在较负的电位区间出现阴极光电流,反映了p 型半导体特性.从光电流随电极电位的变化测得聚吡咯纳米线阵列电极的平带电位是-0.217V (vs Ag/AgCl).与平板聚吡咯电极不同,在较正的电极电位区间未出现光电流.这可能是由于PPy 纳米线在AAO 膜中处于分散状态,光照下温度变化较小的缘故.PPy 纳米线阵列的长度对光电流的影响较大,存在的最佳长度约为42nm.
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图6纳米纤维长度为58nm 时光电流随时间的变化曲
线
Fig.6Photocurrent delay with time for a nano ?fiber
array electrode with fiber length of 58
nm
图5聚吡咯纳米纤维阵列电极在间歇光照条件下的光
电流响应图
Fig.5Photocurrent response under light on ?off for
PPy nano ?fiber array electrode
fiber length of 42nm (a),and 182nm (b)；potential ：-0.5V (vs Ag/AgCl),姿=420nm,f =11
Hz
(a)
(b)
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聚乳酸纳米复合材料的制备及性能
聚乳酸纳米复合材料的制备及性能 本文讨论了聚乳酸（PLA）的改性方法一复合改性。主要论述了三种复合类型：聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料、聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料、聚乳酸/碳纳米管复合材料。 标签：聚乳酸；复合材料；生物降解 聚乳酸（PLA）是生物降解塑料中最优异的产品之一，它生物相容性好，无毒无刺激。但其固有缺陷如脆性大、耐热性差、成本高等限制了它的广泛应用。因此聚乳酸改性成为研究焦点。纳米复合改性因操作简单，效果立竿见影而成为聚乳酸改性领域的主要研究方向。 1 聚乳酸纳米复合材料 目前制备的聚乳酸纳米复合材料主要有3类：聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料、聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料、聚乳酸/碳纳米管复合材料。 1.1 聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料 用来增强聚乳酸的刚性纳米粒子主要包括SiO2、CaCO3、TiO2等。Li等研究了纳米SiO2对PLA复合材料性能的影响。结果表明改性后PLA复合材料具有高的储能模量和降解速率。周凯等通过熔融共混制备了PLA/CaCO3复合材料，发现CaCO3使PLA的断裂从脆性转变为韧性，复合材料的耐热性和结晶性都得到提高。莊韦等通过原位聚合法制备PLA/TiO2纳米复合材料，结果表明复合材料的玻璃化转变温度和热分解温度提高；拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率增大。环氧基笼型倍半硅氧烷（POSS）也可以改性聚乳酸。于静等制备了PLA/POSS 复合材料，发现POSS可以提高PLA的结晶速率、力学性能和降解速率。 1.2 聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料 层状硅酸盐具有片层结构，片层之间可以容纳聚合物分子。 沈斌等制备了PLA/MMT纳米复合材料，结果表明复合材料力学性能得到改善，结晶度提高。马鹏程等用有机改性蒙脱土（OMMT）制备PLA复合材料，结果表明形成插层还是剥离结构取决于OMMT含量。3%OMMT可以提高PLA 的力学性能和热性能；OMMT增加了PLA熔体强度，在挤出发泡时充当成核剂，降低发泡剂气体向熔体外部的扩散。滑石粉（Talc）也是常见的片层填料。吴越等制备PLA/Talc复合材料，结果表明Talc粒子提高了复合材料的拉伸强度、冲击强度，热稳定性。 1.3 聚乳酸/碳纳米管复合材料
聚合物纳米复合材料
聚合物纳米复合材料的研究进展 摘要 关键字 Abstract 1.引言 纳米材料是指材料的显微组织中至少有一相的一维尺寸在1-100nm以内的材料。由于平均粒径小，表面原子多，比表面积大，表面能高，因而呈现出独特的小尺寸效应、表面效应、量子隧道等特性，具有许多材料所没有的性能。介于其超凡特性，纳米材料越来越得到广泛的关注。不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一，尤其是聚合物纳米材料。本文就聚合物纳米复合材料的分类、制备、改性、应用及问题和未来展望展开叙述。 2.聚合物纳米复合材料定义与分类 2.1定义 聚合物纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料，纳米单元可以是金属、无机物和高分子等。 2.2分类 根据组分不同，可分为： a）聚合物/聚合物纳米复合材料：由两种或两种以上的聚合物混在一起而其中有一纳米尺寸的聚合物分散于其它聚合物单体所构成的 复合材料。如第三代环氧树脂粘接剂，它是将预聚合的球状交联 橡胶粒子分散于环氧树脂中固化而成的。 b）聚合物/层状纳米无机物复合材料：是将层状的无机物以纳米尺度分散于聚合物中而形成的。通常采用插层法制备。目前用的最多 的是蒙脱土，蒙脱土是以片状晶体而构成的。 c）聚合物/无机纳米复合粒子复合材料：是将纳米级无机粒子填充到聚合物当中去的。由于小尺寸效应使材料具有光、电、声、磁等 功能，赋予材料良好的综合性能。 3.聚合物纳米复合材料制备 3.1插层复合法 插层复合法是目前制备聚合物纳米复合材料的主要方法。根据复合过程，插层复合法可分为两类，1）插层聚合法：原理是将聚合物单体分散，插层进入层状硅酸盐片层中，然后再原位聚合，利用聚合时放出的大量的热量克服硅酸盐片层间的库仑力，使其剥离，从而使硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度相复合；2）熔体插层法：原理是将插层无机物与高聚物插入层状无机的层间，该方法优
聚吡咯纳米复合材料的研究进展
收稿日期：2012-05-25 基金项目：山西省青年科技研究项目[2012021020－5]；山西省高校科技项目[20121017]；山西大同大学博士科研项目[2008-B-20]作者简介：乔永生(1977-)，男，山西曲沃人，博士，副教授，研究方向：功能材料的制备与性能研究。 第28卷第5期山西大同大学学报(自然科学版) Vol.28.No.52012年10月 Journal of Shanxi Datong University(Natural Ｓｃｉｅｎｃｅ）Oct 2012 文章编号：1674－0874（2012）05－0032－03 聚吡咯纳米复合材料的研究进展 乔永生，沈腊珍 (山西大同大学化学与化工学院，山西大同037009) 摘 要：导电聚吡咯具有合成方便、电导率可调、易聚合等优点，而且具有特殊的光、电、热等性能，在导电 聚合物中最具应用潜力。聚吡咯纳米复合材料是近年来出现的一种新型纳米材料，它既保留了聚吡咯的原有特性，还赋予了与之复合的材料的性能，成为许多前沿科研领域的重要研究方向。本文介绍了聚吡咯纳米复合材料的最新研究进展，综述了复合材料的主要类别及应用领域，并对聚吡咯复合材料的发展前景进行了展望。 关键词：聚吡咯；纳米；复合材料中图分类号：TB324 文献标识码：A 导电聚吡咯(Polypyrrole ，PPy)具有合成方便、导电性好、电导率可调，以及特殊的光、电、热等性能，成为应用最广的导电聚合物之一。但由于聚吡咯的难溶难熔特性，以及本征态的聚吡咯导电性比较差等问题，使多数聚吡咯材料的研究还只是局限于实验室和小规模研究，大批量生产成为一个难点。 吡咯单体的改性是改善聚吡咯性能的一个重要瓶颈，吡咯单体结构的改变能引起一系列各种参数的变化，进而改善聚合物的导电性、不溶不熔性和力学性能等。改善方法是在合成的过程中添加不同的添加剂或者纳米材料，制成聚吡咯纳米复合材料，能改善其热稳定性和机械延展性，还能有效提高它的电导率，能使不锈钢表面活性钝化而防腐。所得复合材料不仅保持了PPy 本身的特性，还具有了纳米粒子的性质，赋予材料其它功能特性的同时，使其综合性能得到较大改善，有非常广泛的应用前景。聚吡咯纳米复合材料激发了人们的研究热情，成为了一个十分活跃的科学领域。 １ 聚吡咯纳米复合材料的种类 1．1 聚吡咯/无机纳米复合材料 将无机粒子添加到导电聚吡咯中制备的有机/ 无机纳米复合材料，不但改善了导电聚吡咯自身的缺陷，还可将PPy 的导电性与无机纳米粒子的功能性集于一体。这种有机/无机纳米复合材料 显示出了良好的应用前景，从而迅速地成为纳米复合材料领域的热点研究方向之一。中科院化学所的万梅香教授课题组在有机/无机纳米复合材料方面做了大量前沿性的工作[1－2]。先分别以FeCl 3或FeCl 3与FeCl 2的混合物为原料，制备出Fe 2O 3和Fe 3O 4纳米粒子，然后将吡咯单体加入其中，Fe 2O 3和Fe 3O 4纳米粒子表面吸附吡咯单体后，加入氧化剂将吡咯氧化，经吡咯单体的自组装过程，将导电聚吡咯原位聚合于无机纳米粒子表面，得到具有电磁性能的γ-Fe 2O 3/PPy 和Fe 3O 4/PPy 纳米复合材料。Rincon 等人[3]在电沉积PPy 的过程中，将Bi 2S 3纳米粒子嵌入其中，得到的复合膜与纯聚吡咯膜相比，膜的排列更为紧密、规整，并具有较高的氧化性。Murillo 等人[4]采用微乳液法在不同温度和表面活性剂浓度下制备出尖晶石铁酸钴(CoFe 2O 4)，制得的CoFe 2O 4粒子大小为3~30nm ，当粒径低于20nm 时，可表现出超顺磁性。然后将PPy 聚合于铁酸盐表面，表面形成一层导电外壳，得到PPy /CoFe 2O 4纳米复合材料。Liu 等人[5]制备出了具有核-壳结构的SiO 2/PPy 纳米复合微球，TEM 和SEM 均显示此复合微球具有中空结构，而且微球的大小可控、形貌可控，可用于生物医学、生物传感器等领域。1．2 聚吡咯/有机纳米复合材料 Walaiporn 等人[6]通过原位化学聚合法将聚吡咯沉积到聚乳酸(PLA)表面，制得可防静电的生物高
聚吡咯纳米阵列电极的光电化学
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao) March Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2006,22(3)：261~264 聚吡咯纳米阵列电极的光电化学 刘玲赵尧敏杨洁赵崇军江志裕* (复旦大学化学系,分子催化和创新材料上海重点实验室,上海200433) 摘要以多孔的铝阳极氧化膜(AAO)为模板制备了直径约为80nm聚吡咯(PPy)纳米线的阵列电极,并研究了它的光电化学响应.结果表明,在电极电位低于-0.1V(vs Ag/AgCl)时出现的阴极光电流是由聚吡咯纳米线的p型半导体性质引起的,其平带电位为-0.217V.聚吡咯纳米线的长度对光电流的影响较大,最佳长度为42nm.这是因为在很短的聚吡咯纳米线阵列中PPy太少,产生的光电流弱,而在过长的聚吡咯纳米线阵列中光生电子在到达电极基底前易于与光生空穴复合而消失.聚吡咯纳米线有可能作为纳米光电器件用于未来微器件系统. 关键词：聚吡咯,阳极氧化铝膜,纳米线阵列,光电化学 中图分类号：O646 Photoeletrochemical Behavior of Polypyrrole Nanofiber Array Electrodes LIU,Ling ZHAO,Yao?Min YANG,Jie ZHAO,Chong?Jun JIANG,Zhi?Yu* (Department of Chemistry,Shanghai Key Laboratory of Molecular Catalysis and Innovative Materials, Fudan University,Shanghai200433,P.R.China) Abstract Polypyrrole(PPy)nano?fiber array electrodes were fabricated by electrochemical deposition of PPy in the pores of anodic aluminium oxide(AAO)templates.The photocurrent appeared at the potential below-0.1V(vs Ag/AgCl) was caused by the p?type semiconductor properties of PPy material.Its flat?band potential E fb was determined as-0.217 V(vs Ag/AgCl).The photocurrent of PPy nano?fiber array electrode varied with the length of the PPy nanofibers.For very thin PPy nano?fiber array the photocurrent was small.But if the arrays were too thick the photocurrent was also small because the photo?induced electrons might recombine with photo?induced holes in the film before reaching the back contact.The optimum thickness was42nm.The PPy nano?fiber devices might be used as nano photo?electronic device in the future. Keywords：Polypyrrole,Anodic aluminium oxide membrane,Nano?fiber arrays,Photoelectrochemistry 聚吡咯(PPy)是一种重要的导电聚合物.由于其在水溶液或有机电解质中具有良好的充放电性能,可用作化学电源、传感器的电极材料,因此其电化学性能受到广泛的关注[1?4].在阳极极化时溶液中的阴离子可掺入聚吡咯,使材料的导电性增加,而在阴极极化时随着阴离子的脱出,聚吡咯的电阻明显增加.通过聚吡咯膜的光电化学研究,已经证明在较负的电极电位区间聚吡咯在水溶液或有机溶液中都可以测到阴极光电流,而且其强度随电极电位的负移而增大.光电化学过程中涉及光致阴离子脱掺杂和阳离子掺杂过程的发生.该光电流是由于PPy膜的p型半导体性质引起的[5?6].在含高浓度支持电解质和较小阳离子(Li+和Na+)的溶液中得到的光电流信号更强.Miquelino等[5]观察到在还原态时PPy膜呈现阴极光电流,而在导电态时则为阳极光电流,并且采用红外光时得到的信号更强.从研究光 [Article]https://www.360docs.net/doc/5116026540.html, Received：July26,2005；Revised：September20,2005.*Correspondent,E?mail：zyjiang@https://www.360docs.net/doc/5116026540.html,；Tel：+8621?65642404. 国家自然科学基金(20333040),复旦大学研究生创新基金资助项目 鬁Editorial office of Acta Physico?Chimica Sinica 261
【CN110060875A】用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910356369.9 (22)申请日 2019.04.29 (71)申请人 南京工业大学 地址 211899 江苏省南京市浦口区浦珠南 路30号 (72)发明人 房贞兰 赵丽娜 刘美丽 徐宜秀 陈宝军 张兰天 袁小云 鞠强 (74)专利代理机构 西安中科汇知识产权代理有 限公司 61254 代理人 刘玲玲 (51)Int.Cl. H01G 11/24(2013.01) H01G 11/30(2013.01) H01G 11/86(2013.01) (54)发明名称用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法(57)摘要本发明的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法，其特征在于，以Co (NO 3)2·6H 2O和1，4-萘二甲酸为反应原料，N，N -二甲基甲酰胺为溶剂，三乙胺为表面活性剂，通过一步水热法，制备得到用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极。本发明的有益之处在于，本发明提供的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法具有以下优势：原料来源广，制备成本低；制备工艺简单、成本低、效率高；产品电容性能、稳定性能优越；产品具有有序的层状结构，用作超级电容器电极具有较高的可逆比电容、优异的倍率性能和稳定的循环性，具有 巨大的商业化应用前景。权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 110060875 A 2019.07.26 C N 110060875 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110060875 A 1.一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)将碳布裁成1cm×2cm的长方形碳布块，之后使用水：乙醇：丙酮＝1：1：1的混合液超声清洗，之后烘干过夜，称量； (2)将三乙胺溶于N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌得到混合均匀的混合溶液A，并在搅拌过程中放入经步骤(1)处理后的所述碳布块； (3)称取Co(NO3)2·6H2O和1，4-萘二甲酸溶，放入所述混合溶液A中，继续搅拌得到混合溶液B； (4)将所述混合溶液B连同里面的所述碳布块一起转移到20mL的水热反应釜中，之后将所述水热反应釜放置于烘箱中，缓慢升温反应； (5)反应结束后，用去离子水和乙醇冲洗所述碳布块，然后烘干； (6)使用前称量所述碳布块，以确定用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的有效质量。 2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述三乙胺和N，N-二甲基甲酰胺的用量比例为1mg：1mL，搅拌时长为1h。 3.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述Co(NO3)2·6H2O和1，4-萘二甲酸的用量质量比为4：3。 4.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述水热反应釜放置于烘箱中缓慢升温反应过程控制的条件为：所述烘箱温度在30min内逐渐从室温升至120℃，在120℃条件下保持3d，之后以4℃·h-1的速度冷却至室温。 5.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述烘干的条件为80℃过夜充分烘干。 6.一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极，其特征在于，所述用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极采用权利要求1-5任意一项所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法制备得到。 7.根据权利要求6所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极，其特征在于，所述用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的材料表面为六边形二维层状垂直纳米结构。 8.根据权利要求7所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极，其特征在于，所述用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极可用作超级电容器柔性电极，且比电容可达844Fg-1。 2
纳米电极及其在电化学中的应用
纳米电极及其在电化学中的应用 常智远 (上海大学化学系) 摘要：纳米电极是近几十年代发展起来的并在电化学及电分析化学中显示了广阔的应用前景.本文简要介绍了几种纳米电极的制备方法,重点介绍了纳米电极在电化学反应动力学常数测量,作为探针在扫描技术中的应用以及纳米电极分别在光谱电化学和传感器中的应用,结尾并对其发展前景进行了展望。 关键词:纳米电极;电化学 1概述 超微电极又称微电极,分别由Fleischmann和Wightman等人引入到电化学和电分析化学领域。这类电极至少有一维,通常要小于25Lm。电极直径小于1Lm但大于100nm一般称为亚微米电极。纳米电极的尺寸没有明确的定义, 一般认为纳米电极是指电极的某一维有效直径在1~100nm, 小于10nm的电极又被称为Nanode。纳米电极最早被用来进行生物活体分析, 20世纪80年代, 电分析化学家应用其传质速率很快, 电极充电电流较小的特点来测量某些快速电化学反应的标准速率常数等, 同时纳米电极因其电极尺度小, 特别是当电极的尺度接近单个分子的尺度时, 其它一些因素如静电场、分子吸附、边沿效应等都会对电极的响应发生影响,所有这些特点使得纳米电极日益受到人们的重视。 2纳米电极的制备 纳米电极的制备及其应用已有20多年的历史,已有锥形、平板形、环形、圆盘形、条形等多种形状的电极,现已报道了多种成功率较高的金属钠米电极的制备方法。 条形纳米电极的制备方法通常是在平板玻璃上蒸镀一层贵金属薄膜,然后再将其封装后打磨至该膜层露出.纳米电极阵列有多种制备方法,如用电沉积的方法沉积金属于多孔膜的孔中及光刻等技术。锥形及圆盘形电极因其可作为各种SPMs的探头而成为目前主要采用的纳米电极。总体上讲锥形或圆盘纳米电极的制备一般分为两步: 首先将金属丝在腐蚀液中用电化学的方法腐蚀成纳米针尖,然后用包封液将该针尖包封只露出其尖端很小的一部分。目前制得的圆盘电极, 其半径可达100nm或更小。对于r 为1~0. 01um的制作方法可以将直径为纳米级金属丝, 利用化学侵蚀的方法或光学刻蚀的方法。 3纳米电极的应用 3.1 电化学反应动力学参数测量 纳米电极的充电电流及其在溶液中的IR降较小, 可在高阻抗的非水溶液中或不加支持电解质的情况下使用,同时纳米电极可进行快速扫描得到暂态情况下电化学反应的信息。电极表面的传质速率与电极的半径成反比, 因而一定尺度以下的纳米电极可以用来测量许多异相电子转移( 传递) 反应的标准速率常数. 对于一个异相电子转移反应O+ ne→ R为了测
聚合物基纳米复合材料的近代发展
聚合物基纳米无机复合材料的应用与发展 摘要：聚合物基纳米无机复合材料是一种性能优异的新型复合材料,已成为材料科学的新热点。本文概述了聚合物基纳米无机复合材料的发展前景及发展过程中应注意的问题。及相应的解决方法。 关键词：聚合物;纳米;无机物;复合材料 1.纳米复合材料的概念、特性、背景 1.1纳米复合材料的概念 纳米复合材料是指一种或多种组分以纳米量级的微粒,即接近分子水平的微粒复合于基质中构成的一类新型复合材料。因其分散相尺寸介于宏观与微观之间的过渡区域,从而给材料的物理和化学性质带来特殊的变化,纳米复合材料正日益受到关注,被誉为“21世纪最有前途的材料”,其研究的种类已涉及无机物、有机物及非晶态材料等。聚合物基纳米无机复合材料因其综合了有机物和无机物的各自优点,且能在力学、热学、光学、电磁学与生物学等方面赋予材料许多优异的性能,正成为材料科学研究的热点之一[1]。 1.2纳米复合材料的特性 当材料粒子尺寸进入纳米量级时,因其自身具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应,以及纳米固体粒子中大量缺陷的存在,使得聚合物基纳米无机复合材料具有与众不同的特点[2]。纳米复合材料是继单组分材料、复合材料和梯度功能材料之后的第四代材料。 1.3纳米复合材料的背景 纳米复合材料的出现先于概念的形成。早在上世纪年代末, 实际上就已出现了聚合物心纳米复合材料, 只是人们还未认识到其特殊的性能与实际应用意义〕。纳米复合材料是年代初〕提出的, 与单一相组成的纳米结晶材料和纳米相材料不同, 它是由两种或两种以上的吉布斯固相至少在一个方向以纳米级复合而成的复合材料, 这些固相可以是非晶质、半晶质、晶质或者兼而有之, 而且可以是无机、有机或二者都有。纳米相与其它相间通过化学共价键、赘合键与物理氢键等作用在纳米水平上复合, 即相分离尺寸不得超过纳米数量级。因而, 它与具有较大微相尺寸的传统的复合材料在结构和性能上有明显的区别, 近些年已成为聚合物化学和物理、物理化学和材料科学等多门学科交叉的前沿领域, 受到各国科学家和政府的重视。 2.纳米无机复合材料相关应用与发展 材料性能与组织结构有密切关系。与其他材料相比,纳米复合材料的物相之间有更加明显并呈规律变化的几何排列与空间结构属性,因此聚合物基纳米复合材料具有灵活的结构可设计性及优于一般传统复合材料的特性,在许多领域有着广泛的应用前景。 2.1吸波材料 根据目前吸波材料的发展现状,一种类型的材料很难满足日益提高的隐身技术提出的“薄、宽、轻、强”的综合要求[3 ] ,采用质量轻的有机聚合物作基体,无机吸收剂作客体进行多元复合制备吸波材料就成了必然趋势。另外,具有共轭电子体系结构,通过掺杂而成的导电聚合物(如聚乙炔、聚苯胺、聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩) 本身就有较好的微波吸收性能,一些聚合物还具有红外活性或红外特征吸收带[4 ,5 ] ,利于红外吸波。聚合物基纳米无机复合材料可以方便地调节复合物的电磁参数,以达到阻抗匹配的要求,且价廉。美国F117 飞机蒙皮上的隐身材料就含有多种超微粒子,它们对不同频段的电磁波有强烈的吸收能力[6] 。
PLATiO2纳米复合材料的制备与性能研究
目录 引言 (1) 第二章文献综述 (2) 2.1 聚乳酸的性质 (2) 2.2 聚乳酸材料的应用 (4) 2.3 聚乳酸的改性 (6) 2.4 聚乳酸的改性研究现状 (8) 2.5 聚乳酸合成方法 (9) 2.6 纳米复合材料的制备 (12) 2.7 PLA聚合物的发展前景与展望 (15) 第三章实验部分 (17) 3.1 引言 (17) 3.2 实验部分 (17) 第四章结果与讨论 (21) 4.1 反应条件对杂化材料的影响 (21) 4.2 PLA/TiO2纳米复合材料的结构与性能表征 (22) 结论 (34) 参考文献 (35)
引言 随着不可再生资源的日益减少，人们越来越关注环保与可持续发展的问题，全世界都在通过努力开发新型高分子材料来避免或减少对环境的损害。PLA 由于以下几点而被人们所关注：其原料是具有可再生性的乳酸，生产过程中污染小，可以自然的完全降解，只生成二氧化碳和水，对环境没有污染，克服了高分子材料的最大缺点，所以被人们称为绿色塑料。除此之外，聚乳酸还具有优良的生物相容性，可吸收性等，可以被广泛应用在医药卫生、包装材料等领域。 PLA虽然具有较好的机械强度和热成型性，但由于还存在一些不足，所以难以应用于实际：①纯PLA软化点为65℃，耐热温度太低，制品易发生变形或粘连，严重限制产品的应用范围。②市售聚乳酸产品脆性较大。③与通用塑料相比，售价较高，难以被市场接受。这些缺点促使人们对PLA材料的改性进行更深入研究。而纳米二氧化钛复合材料既能在发挥纳米二氧化钛自身的小尺寸效应、表面效应以及粒子的协同效应的同时，又同时能发挥高分子材料本身的优点，使复合材料具有良好的机械性能、光学性能、电磁性能等，得到了人们的重视。制备PLA/纳米二氧化钛复合材料是寄望于能结合二者各自的优点，得到更加实用的复合材料。目前的PLA 复合材料大部分是将填料与聚乳酸在一定条件下复合而成。此方法由于填料与聚乳酸间的结合力差，导致填料分散不均匀易团聚，还可能降低聚乳酸的分子量。且制备工艺比较繁琐，周期较长。 有鉴于此，本文通过制备PLA/TiO2纳米复合材料，希望能提高PLA的力学性能，机械性能等，降低其成本，使其拥有更大的应用空间。
聚吡咯_银纳米复合材料的制备及电化学性能研究
第27卷第2期上海第二工业大学学报 V ol.27 No.2 2010年6月 JOURNAL OF SHANGHAI SECOND POLYTECHNIC UNIVERSITY Jun. 2010 文章编号:1001-4543(2010)02-0106-06 聚吡咯-银纳米复合材料的制备及电化学性能研究 李靖 (上海第二工业大学城市建设与环境工程学院，上海 201209) 摘 要：采用化学氧化法，以十二烷基硫酸钠为掺杂剂，以FeCl3为氧化剂，在0 o C ~ 3 o C引发吡咯单体氧化聚合， 制备聚吡咯 (PPy) 纳米颗粒。利用化学还原法制备Ag溶胶。将PPy与Ag溶胶复合，制备PPy-Ag纳米复合材料。 利用FESEM，TEM，XPS和XRD对PPy-Ag复合材料进行表征。利用电化学方法研究PPy-Ag纳米复合材料对甲 醇的催化反应。结果表明，PPy-Ag对甲醇具有较高的电催化活性。 关键词：聚吡咯；化学氧化合成；Ag溶胶；甲醇 中图法分类号：O631.2 文献标志码：A 0 引言 近年来，导电聚合物的研究取得了长足的进展，形成了一个十分活跃的边缘学科领域。在众多的导电 聚合物中，聚吡咯 (PPy) 具有环境稳定性好、电导率高且变化范围大、容易合成等诸多优点，在商业应用方 面有着广阔的前景，倍受广大学者的关注。PPy可用于制备传感器[1-4]、超级电容器[5-8]，也可用作二次电 池[9]、防腐材料[10, 11]、抗静电材料[12]、燃料电池[13-16]等。吡咯单体是一种C、N五元杂环分子，氧化电势 较低，在电场或氧化剂(如双氧水、氯化铁等) 的作用下很容易被氧化，进而发生聚合反应生成高分子聚吡 咯。科研人员已经发展了一系列新型的合成方法以制备具有不同纳/微米结构的PPy [5, 17-19]。 作为催化剂，由于金属纳米颗粒较高的催化活性和选择性，近年来已引起了很多科研工作者的研究兴 趣[20-22]。贵金属纳米粒子是最重要的研究对象之一。这是因为贵金属纳米粒子具有显著的催化性能和在制 备新型器件方面的潜在应用，例如微阵列、化学和生物传感器、储能和微电子机械系统等[23-26]。已有多种 化学方法能成功地用于制备贵金属纳米材料，包括化学还原[19, 25-27]、光还原[28]和电化学还原[29-31]等。 本文采用化学氧化法制备PPy纳米颗粒，利用PPy链与银纳米粒子的微观作用力，在Ag纳米粒子的表 面复合一层PPy微粒，得到了结构均一的PPy-Ag纳米复合材料。采用电化学方法研究了PPy-Ag复合材料 对甲醇的电催化性能。试验表明，合成的复合材料比单一的PPy和Ag纳米粒子具有更高的催化性能。 1 试验部分 1.1 试剂 吡咯购自Aldrich公司，使用前需在氮气保护下连续两次蒸馏提纯，置于冰箱中避光保存。十二烷基硫 酸钠 (SDS) 购自华美生物工程公司，其余均为国产分析纯试剂，使用前未进一步纯化。 1.2 Ag溶胶的制备 将3.5 mg的NaBH4溶于75 ml的去离子水中，所得溶液冷却到4 o C。配制AgNO3溶液，使其浓度为 2.2×10-3 mol/L，冷却至12 o C。在剧烈搅拌下，向NaBH4溶液缓慢滴加7.5 ml的AgNO3。滴加完毕后，继续 搅拌2 h，在冰箱中存放24 h，即得到黄色透明的Ag溶胶。 1.3 PPy的低温化学氧化合成 在反应瓶中加入75 mL水，通入氮气30 min充分除氧后，加入十二烷基硫酸钠 (SDS)，使其浓度为0.05 mol/L， 收稿日期: 2010-01-11; 修回日期: 2010-05-20 作者简介: 李靖 (1982－)，女，安徽人，博士，主要研究方向为电子产品的绿色设计与绿色能源材料，电子邮件：lijing@https://www.360docs.net/doc/5116026540.html, 基金项目:上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金 (No.egd08014)，上海第二工业大学校基金 (No.XQD208014)
PLA纳米复合材料在食品包装的应用研究进展
2019年第29卷第2期塑料包装19 1.引言 石油基塑料制品（如PE、PP、PVC、PET 等）因质轻、保护性强、印刷上色性好、价格低廉、性能可调等优点而被广泛应用于包装领域[1]。然而，这些塑料制品使用遗弃后降解速率十分缓慢，且难以回收，会对环境造成严重的污染。因此，在当今这个提倡节能、环保、低碳、可持续发展和高度重视食品安全的时代，石油基塑料作为食品包装材料已然显示出极大的负面性。 随着人们对环境问题的日益重视，生物基可降解高分子材料应运而生，成为最有可能替代石油基塑料的新一代包装材料。 根据来源和合成方法来划分，生物基高分子可分为天然高分子（如纤维素、甲壳素、明胶、蛋白质等[2]）、合成高分子（如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚琥珀酸丁二醇酯(PBS)、聚乙烯醇(PVA)）以及微生物发酵高分子（如聚羟基脂肪酸酯(PHAs)[3]。它们的共同特点是在适当的氧气、温度和湿度环境下可通过微生物代谢作用分 PLA纳米复合材料在食品包装的应用研究进展 杨伟军齐国闯马丕明东为富* （江南大学化学与材料工程学院） 摘要：本文综述了PLA纳米复合材料在食品包装领域的研究进展，具体包括PLA/纳米木质纤维复合材料、PLA/纳米黏土复合材料、PLA/金属或金属氧化物纳米复合材料以及PLA共混聚合物纳 米复合材料。并从制备方法、力学性能、热稳定性、降解性能、紫外光/气体阻隔性能、抗菌性 能、迁移性能等方面分析了各类纳米复合材料的优势，最后对PLA/纳米复合材料在食品包装的 应用前景进行了展望。 关键词：聚乳酸纳米复合材料性能食品包装 Research Progress ofPLABasedNanocompositesforFoodPackaging Yang Weijun Qi Guochuang Ma Piming Dong Weifu* （School of Chemistry and Materials Engineering,Jiangnan University）Abstrac t：This paper reviews the research progress of PLA nanocomposites for the application of food packaging,including PLA/lignocellulosic nanocomposites,PLA/nano-clay composites, PLA/metal or metal oxide nanocomposites,PLA blend polymer based nanocomposites.Then,the performance advantages of various nano-composite materials were analyzed from the aspects of preparation methods and mechanical properties,thermal stability,degradation properties,UV/gas barrier properties,antibacterial properties and migration properties.Finally,the PLA/nanocompositesfor the application in food packaging area were predicted. Keyw ord s：PLA Nanocomposites;Performance Food packaging
纳米复合材料的相关概念
纳米复合材料的部分基本概念 摘要：纳米材料被誉为21世纪的新材料，其概念在上世纪中叶被科学界提出后得到广泛重视和深入发展。本论文主要阐述了纳米复合材料概念的各种表达方法，例证了几种纳米复合材料，并对其纳米效应做出了具体说明。 关键词：纳米纳米复合材料纳米效应 一、纳米复合材料的定义及例证 20世纪80年代，Roy和Komarneni提出纳米复合材料(nanoeomposites)的定义，与单一组分的纳米结晶材料和纳米相材料不同，它是指材料两相(或多相)微观结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级尺寸(1~100nm)的材料[1]。 也有学者做如下定义，当颗粒或尺寸至少在一维尺寸上小于100nm，且必须具有截然不同于块状材料的电学、光学、热学、化学或力学性能的一类复合材料体系[2-4]。 目前已经成功制备的纳米复合材料已有很多，以下是其中几个例子以及其特备方法和特点。 （1）聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料 聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料是采用溶液插层、原位聚合、熔融插层法进行制备的。 这种材料的由于高分子能进入层状无机纳米材料的片层之间,其分子链段的运动受到了限制而显著提高复合材料的耐热性及材料的尺寸稳定性，而且层状无机纳米材料可以在二维方向得到良好的增强作用。因此聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料相对纯聚丙烯来说其强度和韧性都得到了很大的提高，综合性能优异。 （2）ZnO/Ag纳米复合材料 ZnO/Ag纳米复合材料的制备方法有共沉淀法，溶胶-凝胶法，化学沉积法，均匀沉淀法，喷射热分解法，固相法。 纳米ZnO与普通ZnO微粒相比，具有许多特殊性质：非迁移性、压电性、荧光性、具有光吸收和散射紫外光的能力等。ZnO具有光触媒功能，Ag的加入减少了空穴-电子对的复合，大大提高了其催化性能[5]，无二次污染，而且光降解成本低，反应条件温和。
纳米复合材料
高分子纳米复合材料 第一章功能高分子材料的概述 1.1 功能高分子材料的定义及简介 天然的、合成的和复合的高分子材料已经遍及人们的衣、食、住、行乃至信息、能源、航空航天以及国防等各个领域，其重要性是不言而喻的。那么到底什么是高分子呢？看看我们的周围世界，人们穿的是棉、毛、涤纶等制成的衣服，吃的是富含淀粉和蛋白质的米、面、肉、蛋等食物，家里用的是由各种聚乙烯、聚氯乙烯等塑料制成的器皿，出门坐的是装有橡胶轮胎的汽车，所有这些不都是高分子在生活中生动的体现吗！ 高分子是由分子量很大的长链分子所组成，而每个分子链都是由共价键联合的成百上千的一种或多种小分子构造而成。 功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。 功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来，功能高分子材料的年增长率一般都在10％以上，其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50％。 1.2功能高分子材料的发展历史 最早的功能高分子可追述到1935年离子交换树脂的发明。20世纪50年代，美国人开发了感光高分子用于印刷工业，后来又发展到电子工业和微电子工业。1957年发现了聚乙烯基咔唑的光电导性，打破了多年来认为高分子材料只能是绝缘体的观念。1966年little提出了超导高分子模型，预计了高分子材料超导和高温超导的可能性，随后在1975年发现了聚氮化硫的超导性。1993年，俄罗斯科学家报道了在经过长期氧化的聚丙烯体系中发现了室温超导体，这是迄今为止唯一报道的超导性有机高分子。20世纪80年代，高分子传感器、人工脏器、高分子分离膜等技术得到快速发展。1991年发现了尼龙11的铁电性，1994年塑料柔性太阳能电池在美国阿尔贡实验室研制成功，1997年发现聚乙炔经过掺杂具有金属导电性，导致了聚苯胺、聚吡咯等一系列导电高分子的问世。这一切多反映了功能高分子日新月异的发展其中从20世纪50年代发展起来的光敏高分子化学，在光聚合、光交联、光降解、荧光以及光导机理的研究方面都取得了重大突破，特别在过去20多年中有了飞快发展，并在工业上得到广泛应用。比如光敏涂料、光致抗蚀剂、光稳定剂、光可降解材料、光刻胶、感光性树脂、以及光致发光和光致变色高分子材料都已经工业化。近年来高分子非线性光学材料也取得了突破性的进展。 1.3功能高分子材料发展的背景 （1）经济发展的需要
高分子纳米复合材料
高分子纳米复合材料 04300022 欧贵平 摘要：从高分子纳米复合材料的概念入手到其性能，制备，表征，应用及前景作了详细的介绍。 关键词：高分子；纳米材料；复合材料；功能特性；制备；表征；应用 1．引言 高分子纳米复合材料是近年来高分子材料科学的一个发展十分迅速的新领域。一般来说，它是指分散相尺寸至少有一维小于100纳米的复合材料。这种新型复合材料可以将无机材料的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与高分子材料的韧性、可加工性及介电性质完美地结合起来，开辟了复合材料的新时代，制备纳米复合材料。已成为获得高性能复合材料的重要方法之一。 纳米材料科学是涉及到凝聚态物理,配位化学,胶体化学,材料的表面和界面以及化学反应动力学等多门学科的交叉科学。当材料进入纳米量级时,会具有与传统材料截然不同的性质。高分子材料科学的涉及非常广泛,其中一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来实现高分子材料使用性能的大幅提升。因此纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应了高分子复合材料对高性能填料的需求,对高分子材料科学突破传统理念发挥重要的作用。纳米材料科学与高分子材料科学的交融互助就产生了高分子纳米复合材料[1]。 2．高分子纳米复合材料的性能[2] [5] [6] 复合材料是将两种或两种以上的材料复合在一起,进行优势互补,以谋求最佳的综合性能。而纳米复合材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料,由于纳米分散相大的比表面和强的界面作用,纳米复合材料表现出不同于一般宏观复合材料的综合性能。 纳米颗粒由于其尺寸小,比表面积非常大而表现出与常规微米级材料截然不同的性质。在与聚合物复合时,纳米颗粒的表面效应,小尺寸效应,量子效应以及协同效应,将使复合材料的综合性能有极大的提高。这种复合材料既有高分子材料本身的优点,又兼备了纳米粒子的特异属性,因而使其具有众多的功能特性,在力学,催化,功能材料(光,电,磁,敏感)等领域内得到应用。例如,插层法制得的聚丙烯/蒙脱土等纳米复合材料,在力学性能上具有了高强度,高模量,韧性和高热变形温度等优点。 2.1 阻隔性能 在尼龙6和还氧树脂中纳米分散少量层状蒙脱土,并暴露在氧等离子体中,可形成均匀钝态和自恢复无机表面。这是由于纳米复合物中表面高分子的氧化使层状硅酸盐的含量相对增多,从而形成一层无机表面层。此无机区域是湍层的,层状硅酸盐之间的平均距离为1nm~4nm。这类陶瓷硅酸盐提供了一种纳米复合物的涂层,可以阻止氧气离子的渗入,从而提高了高分子材料在氧环境中的生存寿命。 2.2 生物功能 RichardM等用四步软印法在高分子正-烷基硫醇表面上获得表面图形凹槽,并成功用于培养细菌细胞。这种位于表面的功能单元属一种三维细菌栏,体积可小至12立方微米。获得的细菌栏是憎水的,甲基封端的正烷基硫醇为底部,可提高细菌的粘附,而栏壁则由聚丙烯/聚