基于嵌段共聚物自组装制备有序介孔薄膜工艺研究
发布时间：2021-10-17 20:35
有序介孔材料由于其孔隙分布均匀、孔道排列规则等特点受到了国际物理、化学、生物、材料学界的高度关注,成为了跨学科研究的热点。如何提高介孔材料有序度并实现宏观取向是科学家们一直关注的重点。基于酚醛树脂与嵌段共聚物自组装的软模板法具有无需反相复制、制备过程简便、容易调控介孔尺寸等优点,目前已经成为了合成有序介孔材料的首选方法之一。但由于碳源前驱体与嵌段共聚物模板剂的相互作用较弱,热处理过程中容易导致介孔结构的塌陷,从而破坏介孔薄膜的有序性。因此,开展有序介孔薄膜热处理过程的工艺和机理研究实现介孔材料有序度的有效提升,对于有序介孔薄膜的应用具有重要科学意义和应用价值。本文采用原位GISAXS技术对有序介孔薄膜的热处理过程进行了原位观测,通过分析介孔孔道间距随时间的变化情况得出了酚醛树脂-Pluronic P123体系热处理的关键临界温度点。结果表明介孔薄膜模板剂去除过程经历了玻璃态—高弹态转变（约141℃）、高弹态—熔融态转变（约264℃）、模板剂分解（约322℃）等过程,而介孔薄膜的有序性降低主要发生在熔融与分解过程,在此基础上,研究了模板剂去除过程不同的升温速率对薄膜内部介孔的有序度的影响...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
介孔材料的应用.(a)吸附分离[1]；(b)传感器[2]；(c)光电器件[3]；(d)能量储存器件[4]
湘潭大学硕士学位论文2物，并将其注入到MCM-48硅介孔分子筛里，再通过氢氟酸(HF)刻蚀掉二氧化硅，成功得到了具有三维孔道结构的介孔碳材料。在随后的研究中，Ryoo等人[8]在2000年用SBA系列的硅基介孔材料也成功制备了有序介孔碳材料CMK-3，如图1.2所示；Hyeon课题组[9]在2000年成功使用正硅酸四乙酯、十六胺合成HMS作为模板来制备了有序介孔碳材料。图1.2典型CMK-3有序介孔分子筛的TEM图像[8]这就是制备有序介孔材料的硬模板法，它的主要特点是：需要通过小分子作为前驱体，用强酸催化，通过润湿或气相沉积把前驱体填充到硅基材料的有序介孔的孔隙里，然后通过一定条件的处理，使得小分子前驱体变为高聚物，最后通过NaOH或者是HF来刻蚀掉二氧化硅。值得一提的是，硬模板法得到的介孔材料的有序介孔虽然与母体相似，但拓扑结构是与母体相反的，如以p6mm空间群的SBA-15分子筛制备得到的介孔碳CMK-3的空间群也是p6mm，可SBA-15的拓扑结构是蜂窝状，CMK-3的拓扑结构为纳米棒阵列，正好与其相反。这一类的介孔材料可以通过在纳米棒空隙产生，通过高温处理或催化，可以得到碳化的有序介孔碳[10]。尽管硬模板法可以直接合成介孔碳材料，且可以通过改变模板的空间大孝有序性来调控材料的形状和结构，但是硬模板法的缺点也非常明显。如图1.3所示，硬模板法首先需要引入有序的硅基介孔材料作为硬模板，随后将前驱体注入模板中，待刻蚀掉模板后得到有序介孔材料。图1.3硬模板法制备有序介孔碳流程示意图[4]但这样得到的有序介孔材料还需要经过反相复制才能得到孔隙结构。一方面，这样的多步流程是复杂又昂贵的；另一方面，反相复制得到的介孔碳材料的孔结构稳定性较差，这也限制了其大规模的实际应用。
湘潭大学硕士学位论文2物，并将其注入到MCM-48硅介孔分子筛里，再通过氢氟酸(HF)刻蚀掉二氧化硅，成功得到了具有三维孔道结构的介孔碳材料。在随后的研究中，Ryoo等人[8]在2000年用SBA系列的硅基介孔材料也成功制备了有序介孔碳材料CMK-3，如图1.2所示；Hyeon课题组[9]在2000年成功使用正硅酸四乙酯、十六胺合成HMS作为模板来制备了有序介孔碳材料。图1.2典型CMK-3有序介孔分子筛的TEM图像[8]这就是制备有序介孔材料的硬模板法，它的主要特点是：需要通过小分子作为前驱体，用强酸催化，通过润湿或气相沉积把前驱体填充到硅基材料的有序介孔的孔隙里，然后通过一定条件的处理，使得小分子前驱体变为高聚物，最后通过NaOH或者是HF来刻蚀掉二氧化硅。值得一提的是，硬模板法得到的介孔材料的有序介孔虽然与母体相似，但拓扑结构是与母体相反的，如以p6mm空间群的SBA-15分子筛制备得到的介孔碳CMK-3的空间群也是p6mm，可SBA-15的拓扑结构是蜂窝状，CMK-3的拓扑结构为纳米棒阵列，正好与其相反。这一类的介孔材料可以通过在纳米棒空隙产生，通过高温处理或催化，可以得到碳化的有序介孔碳[10]。尽管硬模板法可以直接合成介孔碳材料，且可以通过改变模板的空间大孝有序性来调控材料的形状和结构，但是硬模板法的缺点也非常明显。如图1.3所示，硬模板法首先需要引入有序的硅基介孔材料作为硬模板，随后将前驱体注入模板中，待刻蚀掉模板后得到有序介孔材料。图1.3硬模板法制备有序介孔碳流程示意图[4]但这样得到的有序介孔材料还需要经过反相复制才能得到孔隙结构。一方面，这样的多步流程是复杂又昂贵的；另一方面，反相复制得到的介孔碳材料的孔结构稳定性较差，这也限制了其大规模的实际应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚焦离子束（FIB）的透射电镜制样[J]. 唐雷钧,谢进,陈一,郑国祥,宗祥福. 电子显微学报. 2000(04)
[2]发蓝绿光纳米硅薄膜的快速热处理制备[J]. 刘世祥,朱美芳,石万全,刘渝珍,韩一琴,刘金龙,陈国,孙景兰,陈培毅,唐勇. 发光学报. 1998(03)
[3]镧钛酸铅铁电薄膜的性能与热处理工艺的关系[J]. 吴小清,任巍,张良莹,姚熹. 压电与声光. 1997(06)
[4]直径4英寸硅片快速热处理的设备[J]. 杨谨福. 稀有金属. 1983(05)
[5]铜铸件的快速热处理法[J]. Я.А.斯莫梁茨基,秦曾志,熊大■. 铸工. 1954(02)
博士论文
[1]自组装介孔薄膜与自组装聚电解质薄膜的掠入射X射线散射研究[D]. 赵镍.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
[2]嵌段共聚物薄膜二维自组装及在纳米压印中的应用[D]. 洪晓东.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]聚电解质改性诱导嵌段共聚物垂直取向及机理研究[D]. 刘凯.湘潭大学 2019
本文编号：3442379
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
介孔材料的应用.(a)吸附分离[1]；(b)传感器[2]；(c)光电器件[3]；(d)能量储存器件[4]
湘潭大学硕士学位论文2物，并将其注入到MCM-48硅介孔分子筛里，再通过氢氟酸(HF)刻蚀掉二氧化硅，成功得到了具有三维孔道结构的介孔碳材料。在随后的研究中，Ryoo等人[8]在2000年用SBA系列的硅基介孔材料也成功制备了有序介孔碳材料CMK-3，如图1.2所示；Hyeon课题组[9]在2000年成功使用正硅酸四乙酯、十六胺合成HMS作为模板来制备了有序介孔碳材料。图1.2典型CMK-3有序介孔分子筛的TEM图像[8]这就是制备有序介孔材料的硬模板法，它的主要特点是：需要通过小分子作为前驱体，用强酸催化，通过润湿或气相沉积把前驱体填充到硅基材料的有序介孔的孔隙里，然后通过一定条件的处理，使得小分子前驱体变为高聚物，最后通过NaOH或者是HF来刻蚀掉二氧化硅。值得一提的是，硬模板法得到的介孔材料的有序介孔虽然与母体相似，但拓扑结构是与母体相反的，如以p6mm空间群的SBA-15分子筛制备得到的介孔碳CMK-3的空间群也是p6mm，可SBA-15的拓扑结构是蜂窝状，CMK-3的拓扑结构为纳米棒阵列，正好与其相反。这一类的介孔材料可以通过在纳米棒空隙产生，通过高温处理或催化，可以得到碳化的有序介孔碳[10]。尽管硬模板法可以直接合成介孔碳材料，且可以通过改变模板的空间大孝有序性来调控材料的形状和结构，但是硬模板法的缺点也非常明显。如图1.3所示，硬模板法首先需要引入有序的硅基介孔材料作为硬模板，随后将前驱体注入模板中，待刻蚀掉模板后得到有序介孔材料。图1.3硬模板法制备有序介孔碳流程示意图[4]但这样得到的有序介孔材料还需要经过反相复制才能得到孔隙结构。一方面，这样的多步流程是复杂又昂贵的；另一方面，反相复制得到的介孔碳材料的孔结构稳定性较差，这也限制了其大规模的实际应用。
湘潭大学硕士学位论文2物，并将其注入到MCM-48硅介孔分子筛里，再通过氢氟酸(HF)刻蚀掉二氧化硅，成功得到了具有三维孔道结构的介孔碳材料。在随后的研究中，Ryoo等人[8]在2000年用SBA系列的硅基介孔材料也成功制备了有序介孔碳材料CMK-3，如图1.2所示；Hyeon课题组[9]在2000年成功使用正硅酸四乙酯、十六胺合成HMS作为模板来制备了有序介孔碳材料。图1.2典型CMK-3有序介孔分子筛的TEM图像[8]这就是制备有序介孔材料的硬模板法，它的主要特点是：需要通过小分子作为前驱体，用强酸催化，通过润湿或气相沉积把前驱体填充到硅基材料的有序介孔的孔隙里，然后通过一定条件的处理，使得小分子前驱体变为高聚物，最后通过NaOH或者是HF来刻蚀掉二氧化硅。值得一提的是，硬模板法得到的介孔材料的有序介孔虽然与母体相似，但拓扑结构是与母体相反的，如以p6mm空间群的SBA-15分子筛制备得到的介孔碳CMK-3的空间群也是p6mm，可SBA-15的拓扑结构是蜂窝状，CMK-3的拓扑结构为纳米棒阵列，正好与其相反。这一类的介孔材料可以通过在纳米棒空隙产生，通过高温处理或催化，可以得到碳化的有序介孔碳[10]。尽管硬模板法可以直接合成介孔碳材料，且可以通过改变模板的空间大孝有序性来调控材料的形状和结构，但是硬模板法的缺点也非常明显。如图1.3所示，硬模板法首先需要引入有序的硅基介孔材料作为硬模板，随后将前驱体注入模板中，待刻蚀掉模板后得到有序介孔材料。图1.3硬模板法制备有序介孔碳流程示意图[4]但这样得到的有序介孔材料还需要经过反相复制才能得到孔隙结构。一方面，这样的多步流程是复杂又昂贵的；另一方面，反相复制得到的介孔碳材料的孔结构稳定性较差，这也限制了其大规模的实际应用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]聚焦离子束（FIB）的透射电镜制样[J]. 唐雷钧,谢进,陈一,郑国祥,宗祥福. 电子显微学报. 2000(04)
[2]发蓝绿光纳米硅薄膜的快速热处理制备[J]. 刘世祥,朱美芳,石万全,刘渝珍,韩一琴,刘金龙,陈国,孙景兰,陈培毅,唐勇. 发光学报. 1998(03)
[3]镧钛酸铅铁电薄膜的性能与热处理工艺的关系[J]. 吴小清,任巍,张良莹,姚熹. 压电与声光. 1997(06)
[4]直径4英寸硅片快速热处理的设备[J]. 杨谨福. 稀有金属. 1983(05)
[5]铜铸件的快速热处理法[J]. Я.А.斯莫梁茨基,秦曾志,熊大■. 铸工. 1954(02)
博士论文
[1]自组装介孔薄膜与自组装聚电解质薄膜的掠入射X射线散射研究[D]. 赵镍.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
[2]嵌段共聚物薄膜二维自组装及在纳米压印中的应用[D]. 洪晓东.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]聚电解质改性诱导嵌段共聚物垂直取向及机理研究[D]. 刘凯.湘潭大学 2019
本文编号：3442379
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