聚吡咯纳米材料的制备及其作为近红外光吸收材料的应用

发布时间：2017-10-23 04:14

  本文关键词：聚吡咯纳米材料的制备及其作为近红外光吸收材料的应用

  更多相关文章： 近红外吸收 聚吡咯 隔热膜 智能复合微凝胶 高分子

【摘要】：近红外光吸收材料是一类能够有效吸收近红外光(0.700-2.5μm)并将其转化为热能或是其他形式能量的特种材料,这类材料已经广泛应用于节能环保和生物医学等方面研究。目前研究较多的近红外吸收材料有两大类:第一类无机材料,主要集中在贵金属纳米材料(金、银、钯等)、半导体纳米材料(铜基、钨基)、金属氧化半导体纳米材料(ITO、ATO、AZO等)以及碳材料(碳管、石墨烯),然而这些无机材料作为近红外吸收材料都有些不可忽略的问题,如金属纳米材料价格昂贵、无法降解、生物代谢差以及碳材料需要表面改性,过程复杂等。第二类是有机近红外吸收材料,其拥有良好的生物相容性、光学稳定性等优点,使其受到了广泛的关注与研究。这其中包括吲哚菁绿染料、聚苯胺、黑色素、聚吡咯等。聚吡咯作为一种有机共轭高分子拥有优良的近红外吸收性能和生物相容性,可以实现在节能环保和生物医学等方面的应用。本文利用一步分散聚合法合成了聚吡咯纳米颗粒,并将其用于隔热薄膜和智能微凝胶中。具体开展工作如下:第一部分:以吡咯为原料,去离子水为溶剂,聚乙烯醇(PVA)为稳定剂和FeCl3为氧化剂,通过一步分散聚合法制备聚吡咯(PPy)纳米颗粒。采用扫描电镜、透射电镜、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、紫外可见吸收光谱等表征手段对制备的产物进行表征,证明制得的产物确为聚吡咯(ppy),分析观测到聚吡咯纳米颗粒(ppynps)(50nm左右)具有良好的分散性,并且其在近红外光区展现出很强的光吸收能力。此外,我们还测试了ppynps的光热转换能力。实验发现当ppynps的水溶液浓度为60μgml-1时,其在808nm(0.5wcm-2)激光下照射6分钟后,分散液的温度升高到87.5°c(Δt=64.5°c),而纯去离子水在相同条件下升高到27.7°c(Δt=4.7°c)。这说明,ppynps具有良好的光热转换性能。第二部分:我们设计了一种基于聚吡咯(ppy)纳米颗粒构筑的全高分子基紫外/近红外光屏蔽薄膜。在第一部分研究的基础上,我们将ppy与聚丙烯酸(paa)树脂混合,采用涂布/干燥的成膜方法制备一系列ppy-paa复合薄膜,这些薄膜具有良好的可见光透过性能,同时能够屏蔽紫外/近红外光。例如,一种厚度为0.34mm、聚吡咯比重为0.05%的复合薄膜,能够透过63.1%可见光,但是屏蔽47.2%的紫外光和80.9%的近红外光。以该薄膜作为一个暗室的玻璃窗涂层,在0.5wcm-2的模拟太阳光下照射1500s后,暗盒内部空气温度从室温25°c升高到33.9°c,该温差(8.9°c)明显低于同等条件下只有玻璃时的空气温度变化(15.7°c)。因此,ppy-paa全高分子基薄膜在新型环保的紫外/近红外光屏蔽薄膜材料中有着巨大潜在价值。第三部分:我们设计并合成了一种基于聚吡咯纳米颗粒的聚吡咯-壳聚糖-n-异丙基丙烯酸酰胺(ppy-pnipam/cs)智能复合微凝胶。首先通过无皂乳液共聚法,以壳聚糖(cs)作为大分子单体与n-异丙基丙烯酸酰胺(nipam)在水溶液中制备了50nm左右的CS-PNIPAM微凝胶。这其中用十二烷基硫酸钠(SDS)作为表面活性剂,过硫酸铵(APS)作为引发剂。然后基于此微凝胶,采取了一步分散聚合法将2-5nm左右的聚吡咯纳米颗粒均匀生长/吸附在CS-PNIPAM微凝胶表面,构成PPy-PNIPAM/CS智能复合微凝胶。PPy-PNIPAM/CS智能复合微凝胶在近红外区域展现了较强的吸收,其相转变温度在38°C左右。并且,通过808nm的激光照射复合温敏性微凝胶,其表现出了良好的光热性能。含有60μg mL-1PPy的复合微凝胶在808nm激光下照射6分钟,其溶液温度升高115°C,而纯去离子水同等条件下只升高了6.9°C。因此,我们认为PPy-PNIPAM/CS智能复合微凝胶材料在光热诊疗材料中有着广泛的应用前景和巨大的潜在价值。
【关键词】：近红外吸收 聚吡咯 隔热膜 智能复合微凝胶 高分子
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O633.5
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 引言12
• 1.2 近红外吸收材料的种类12-21
• 1.2.1 金属基近红外吸收纳米材12-16
• 1.2.2 半导体近红外吸收材料16-19
• 1.2.3 碳基近红外吸收纳米材19-20
• 1.2.4 有机化合物近红外吸收材料20-21
• 1.3 近红外光吸收材料的应用领域21-23
• 1.3.1 红外隐身涂料21-22
• 1.3.2 红外屏蔽隔热薄膜22-23
• 1.3.3 光热治疗23
• 1.4 近红外光吸收材料当前研究存在的问题23-24
• 1.5 聚吡咯纳米材料24-27
• 1.5.1 聚吡咯纳米材料研究现状24-25
• 1.5.2 聚吡咯的制备方法25-26
• 1.5.3 聚吡咯纳米颗粒材料的制备方法26-27
• 1.6 研究意义和研究内容27-28
• 1.6.1 研究意义27
• 1.6.2 研究内容27-28
• 第二章 聚吡咯纳米颗粒的合成、表征及其性能研究28-35
• 2.1 引言28
• 2.2 实验部分28-31
• 2.2.1 实验主要试剂28-29
• 2.2.2 实验仪器29-30
• 2.2.3 实验方法30
• 2.2.4 样品表征方法30-31
• 2.3 结果与讨论31-34
• 2.3.1 聚吡咯（PPy）纳米颗粒的形貌31-32
• 2.3.2 聚吡咯（PPy）纳米颗粒的成分32-33
• 2.3.3 紫外可见光光谱分析33
• 2.3.4 聚吡咯纳米材料光热性能测试33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 聚吡咯基全高分子红外屏蔽薄膜的制备及应用35-47
• 3.1 前言35-36
• 3.2 实验部分36-39
• 3.2.1 药品与试剂36
• 3.2.2 实验仪器36-37
• 3.2.3 实验方法37
• 3.2.4 样品表征方法37-39
• 3.3 结果与讨论39-46
• 3.3.1 聚吡咯（PPy）纳米颗粒的合成与表征39
• 3.3.2 聚吡咯（PPy）纳米颗粒粉末的光热性能39-40
• 3.3.3 聚吡咯-丙烯酸树脂（PPy-PAA）红外光屏蔽薄膜的合成与表征40-43
• 3.3.4 聚吡咯-丙烯酸树脂（PPy-PAA）薄膜的透光性能43-44
• 3.3.5 聚吡咯-丙烯酸树脂（PPy-PAA）薄膜的隔热性能44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 聚吡咯智能复合温敏性微凝胶的制备及表征47-59
• 4.1 前言47-48
• 4.2 实验部分48-53
• 4.2.1 实验主要试剂和原料48-49
• 4.2.2 实验仪器49-50
• 4.2.3 实验方法50-52
• 4.2.4 样品表征方法52-53
• 4.3 结果与讨论53-57
• 4.3.1 PPy-PNIPAM/CS智能复合微凝胶的形成53-54
• 4.3.2 PPy-PNIPAM/CS智能复合微凝胶的形貌54
• 4.3.3 PNIPAM/CS复合微凝胶的粒径测试54-55
• 4.3.4 PNIPAM/CS智能复合微凝胶的相转变温度测试55-56
• 4.3.5 PPy-PNIPAM/CS智能复合微凝胶光学性能56-57
• 4.3.6 PPy-PNIPAM/CS智能复合微凝胶的光热性能57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 5.1 论文总结59-60
• 5.2 工作展望60-61
• 参考文献61-69
• 攻读硕士学位期间获得的成果69-70
• 致谢70-71

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本文编号：1081540