PMMA稀土纳米复合材料的制备与发光性能研究

发布时间：2020-06-15 17:44

【摘要】：现代材料的发展趋势必然是复合化、低维化及智能化。稀土发光材料因具有窄带发射、高荧光强度和长寿命等优点,受到人们的青睐。利用高分子材料在易于加工性能以及热稳定性好的优势,将稀土无机纳米材料与高分子材料进行复合制备出聚合物基稀土纳米复合发光材料,有望拓展稀土材料的应用领域。本工作制备了三种不同粒径的单分散二氧化硅/稀土纳米杂化微球,研究纳米尺寸和荧光性能之间的关系;进一步与高分子材料复合,制备聚合物基稀土纳米复合发光材料,表征材料的荧光性能、透明度、热性能等,并初步研究了基质性质对荧光性质的影响,具体研究内容如下:运用晶种子生长法,以正硅酸乙酯(TEOS)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为原料,通过调控浓氨水的用量,制备了具有粒径大小不同的氨基修饰的二氧化硅纳米球,再与苯偏三酸酐反应制得羧基修饰的纳米球,然后与Tb~(3+)、Eu~(3+)进行配位反应,制得稀土纳米球(SiO_2@TEM-RE)。并利用FT-IR、TEM、UV-Vis、荧光光谱、电感耦合等离子体光谱以及荧光寿命等表征其微观结构、形貌、分散性和荧光性能。TEM结果表明,二氧化硅球形度好,单分散性良好,并且二氧化硅纳米球的表面改性以及配位反应不影响二氧化硅纳米微球的形貌。制备出的SiO_2@TEM-RE的粒径随着浓氨水用量的增加而增大,粒径范围在40-100 nm之间。IR和UV分析结果表明稀土离子成功嫁接在纳米二氧化硅球的表面。利用ICP-OES分析二氧化硅/稀土纳米球中的稀土元素含量,结果表明随着二氧化硅纳米球粒径的增加,材料中稀土元素的含量将依次降低。荧光光谱与荧光寿命分析结果表明,随着纳米球粒径的增加,荧光强度逐渐降低,纳米材料的粒径对荧光寿命无明显影响。以PMMA作为基体材料,改变二氧化硅/稀土纳米球的添加量,制备出一系列PMMA/SiO_2@TMA-RE纳米复合材料。利用TEM、UV、荧光光谱、TGA、DSC等表征复合材料的结构、透明性、荧光性能以及热性能。研究结果,当二氧化硅/稀土纳米球的添加量低于10%,纳米球在基质中良好分散,而含量高于20%,存在着团聚现象。UV分析结果表明材料在可见光范围内具有良好的透光性。荧光光谱结果表明,当SiO_2@TEM-RE纳米球的添加量达到10%以上,PMMA/SiO_2@TMA-RE的荧光强度比SiO_2@TEM-RE纳米球高,并且随着稀土微球含量的增加,PMMA/SiO_2@TMA-RE的荧光强度逐渐增强。荧光寿命分析结果表明PMMA/SiO_2@TMA-RE的荧光寿命比稀土微球的长。对纳米复合材料的热性能进行分析,结果表明材料的复合有利于提高稀土微球的热稳定性。以PMMA,PS、PVC、PA_6为高分子基体,与相同质量的二氧化硅/稀土纳米球通过溶液共混法制备了纳米复合材料。荧光光谱表征结果表明,复合材料PVC/SiO_2@TMA-RE、PMMA/SiO_2@TMA-RE和PS/SiO_2@TMA-RE的荧光强度均比稀土纳米微球强,而PA_6/SiO_2@TMA-RE比二氧化硅/稀土纳米球弱,这表明高分子基体对复合材料的荧光性能存在影响,有待进一步深入研究。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【图文】：

过程图,稀土,棒材,高分子

法制备聚合物基稀土复合材料分子基稀土复合材料，最简单的方式是通过熔，将稀土配合物直接和高分子材料进行复合。，而且高分子基质不影响复合材料中的稀土离d Bormashenko 等人[49-51]利用螺杆挤出机将铕、聚丙烯等树脂进行机械共混，再通过模具挤子棒状发光材料，或着挤出造粒，吹塑成膜得到如图 1-2 所示。Zhao S 等人[52]将有机配体 E量添加到聚碳酸酯中，在熔融条件下搅拌en/PC 发光材料，荧光发射谱图表明，材料具度随稀土添加量的增加而增强。

谱图,稀土,稀土配合物,配合物

1-3 不同稀土浓度的 Eu(TTA)2(AA)(phen)/丁腈橡胶复合发光材光光谱图(λex=385 nm)共混i J 等人[61]将稀土配合物[Eu(TTA)3(H2O)2]与高分子材羟基丁酸）加入 CHCl3溶液中溶解，然后将溶剂挥发土配合物的 PHB 塑料膜。对该薄膜的发光性能表征，分加了稀土配合物的 PHB 薄膜的热性能与 PHB 薄膜相似配合物添加量的增加，材料的初始热分解温度降低。并配合物的材料可以产生出稀土离子的典型发射，但当配达 5%，由于稀土离子团聚而使薄膜产生荧光浓度猝灭[62]用溶液共混制备得到的掺杂了稀土配合物的环氧树表明，该发光材料具有比纯稀土配合物更长的荧光寿命

【参考文献】