聚合物纳米杂化高性能光功能材料

近年来材料科学与技术的不断发展,对光学材料提出了高性能化和多功能化的需求,为此,研究者们结合传统有机聚合物光学材料和无机光学材料的优势,提出了备受关注的聚合物纳米粒子杂化的策略.本文首先概述了针对杂化材料透光性进行控制的杂化方法,指出杂化方法的选择很大程度上与材料性质尤其是纳米相的性质相关,而杂化方法的目的则在于实现纳米杂化材料的透光性控制,纳米杂化光功能材料实现功能的前提即为透光性.随后,分别介绍了聚合物纳米杂化策略在高折射率材料与发光材料中的应用.对于高折射率材料,总结了提升材料折射率的不同策略.对于发光材料,总结了基于聚合物相和纳米相之间不同的相互作用而采用各种杂化方式以及相关的性能提升.接下来,讨论了聚合物纳米杂化光功能材料在光学和机械、热学、表面性能方面的调控手段和性能提升的策略.最后,提出了下一代光学杂化材料所面临的困难与挑战,以进一步推动这一领域的发展.     

高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料的设计与制备及其应用

传统的高折射率聚合物光学材料,可以通过向聚合物中引入一些芳香环,含硫基团以及除氟以外的其他卤素原子来提高聚合物光学材料的折射率,但是就目前的研究现状来看,这类纯聚合物光学材料的折射率一般都低于1.8.而将具有高折射率的无机纳米粒子引入到聚合物中,所制备的聚合物-无机纳米光学材料的折射率能够达到1.8以上.而且这类高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料同时具有高分子光学材料和无机材料的双重优点,具有广泛的应用前景.鉴于当前高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料发展之迅速和其研究与开发的重要性,并结合目前国内外的研究现状,本文就高折射率聚合物-无机纳米光学杂化材料的设计、制备方法及其相关应用做一个比较系统的介绍,同时对这类材料在未来研究中所应注意的问题也提出了相应的看法.     

Cd基化合物纳米晶-有机聚合物杂化太阳能电池研究进展

有机-无机杂化太阳能电池因其结合了有机材料和无机材料各自的优势而引起了人们的广泛关注和研究. Cd基化合物纳米晶因其具有制备方法简单、尺寸及形貌可控、载流子迁移率高和稳定性好等优点而成为最早被研究的一类无机受体. 本文介绍了有机-无机杂化太阳能电池的结构及原理, 分析了影响有机-无机杂化太阳能电池效率的三个主要因素, 分别是开路电压(V_oc)、短路电流(J_sc)和填充因子(FF). 从改善Cd基化合物纳米晶的合成方法, 增加Cd基化合物纳米晶和有机聚合物间的界面接触, 以及优化Cd基化合物纳米晶和有机聚合物所用溶剂和所占比例等方面阐述了近年来Cd基化合物纳米晶-有机聚合物杂化太阳能电池的研究进展. 并展望了Cd基化合物纳米晶-有机聚合物杂化太阳能电池的发展方向.     

聚合物纳米杂化材料的控制合成、自组装及功能化

聚合物纳米杂化材料的制备及功能化是当前国际前沿研究课题之一.特殊结构的聚合物可以通过分子间特殊相互作用,在纳米尺度上自发地组装成具有特殊结构和形态的集合体,这类材料在新材料、电子以及生物医学等领域具有广泛的应用前景.本文介绍国内外,特别是厦门大学在双亲性分子及嵌段共聚物的模板自组装、基于POSS单体纳米构筑单元以及POSS嵌段聚合物自组装的有机/无机纳米杂化材料、模板控制导电高分子材料纳米形态构筑等领域材料的可控合成和组装,与此同时对相关材料的性能及功能化应用进行了简要的讨论.     

CdSe纳米晶/共轭聚合物太阳电池的制备与性能研究

采用有机金属液相法制备了平均粒径为5 nm的CdSe纳米微球(ns-CdSe), 并将其与共轭聚合物(MEH-PPV或P3HT)共混制备了太阳电池器件. 透射电镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)及荧光光谱(PL)研究结果表明, CdSe纳米晶呈均匀的球状颗粒, 在近红外区具有良好的吸收和荧光性能; 加入CdSe纳米晶能够有效地淬灭共轭聚合物的荧光. 在AM1.5模拟太阳光(光强为100 mW/cm2)照射下, ns-CdSe/MEH-PPV共混体系太阳电池器件性能测试结果为: 短路电流ISC为1.56 mA/cm2, 开路电压VOC为0.75 V, 填充因子FF为34.5％, 光电转换效率η为0.40%; 对于ns-CdSe/P3HT共混体系, 其ISC为1.93 mA/cm2, VOC为0.65 V, FF为38.4%, η为0.48%.     

高折射率有机/无机纳米杂化透明膜层材料的制备与性质研究

采用溶胶-凝胶法,将钛酸酯和硅烷偶联剂(KH-560)进行共水解,经涂膜、固化,制备了一系列含有无机二氧化钛纳米相的无机/有机杂化膜层材料,通过不同方法对杂化膜层的微结构、光学、机械和热性质进行了表征.结果表明,所得到的有机/无机纳米复合膜层,在可见光范围内的透过率均在90%以上,同时具有较好的耐热性和较高的折射率(nd=1.47~1.73),并且膜层与基材的附着性好,铅笔硬度达到4~5H.     

杂化材料的制备、性能及应用

较详细地介绍了杂化材料的概念及其制备方法、性能和应用。重点是有机高分子－无机杂化材料的制备、性能及应用。     

纳米晶/聚合物太阳能电池

纳米晶/聚合物太阳能电池作为一种新型光伏器件成为近年来的研究热点。通过改变纳米晶的形貌及尺寸来调节材料本身的带隙从而改善光吸收特性,并且无机半导体材料本身具有高的电子迁移率和良好的热稳定性,以上特性使该类电池具有巨大的发展潜力。本文从纳米晶的种类、形状和尺寸、表面配体及纳米晶与聚合物界面性能等方面综述了纳米晶/聚合物太阳能电池的研究现状。纳米晶形貌、太阳光利用率和载流子传输效率是影响电池效率的主要因素。文中指出开展窄带隙纳米晶的合成、优化纳米晶/聚合物电池结构、解析纳米晶与聚合物界面激子传输机理等改善该类电池性能的途径,旨在为提高纳米晶/聚合物太阳能电池的效率提供借鉴经验。     

溶胶—凝胶法合成聚甲基丙烯酸甲酯／二氧化钛杂化聚合物材料

由共聚合在ＰＭＭＡ聚合物链段上引入了一－Ｓｉ（ＯＲ）３为功能团，通过溶胶－凝胶过程合成了ＰＭＭＡ／ＴｉＯ２杂化聚合物材料，溶剂抽提结构表明有化学键存在的杂化材料体系中凝胶的含量很高，通过ＦＴＩＲ测试材料结构进行了分析，由ＴＧＡ，ＤＳＣ测试分析了杂化材料体系中无机组份的含量材料性能的影响。     

弹性体材料的高性能和功能性改性(英文)

高性能和功能性改性一直是高分子材料的一个重点发展方向.基于我们的研究工作,概述了一些新型纳米颗粒(如硅酸盐纳米短纤维、石墨纳米片层、纳米氢氢化镁)增强的橡胶复合材料,特别是复合方法(以获得良好的分散与界面)、结构-性能关系,以深刻理解橡胶材料的纳米增强;另一方面报告了有关介电性弹性体和抗菌性弹性体超细纤维的制备与功能特性研究的新进展.     

纳米碳/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的研究

采用脉冲激光轰击浸于流动液相中固体靶的方法,直接连续制备了纳米碳/PMMA的乙酸乙酯溶液,经浇膜法得到了纳米碳/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料.光谱分析表明复合体系中存在某种作用,导致该复合材料的玻璃化转变温度明显下降.透射电镜结果表明纳米碳可与聚甲基丙烯酸甲酯形成核/壳结构,使得纳米碳均匀分散于聚合物基体中.热分析结果表明纳米碳的加入对聚甲基丙烯酸甲酯的热分解性能没有显著影响.     

古紫质等光驱质子泵以及该类活性蛋白质与聚合物的功能复合材料

将具有生物活性的蛋白质与具有良好加工和力学性能的合成高分子相结合制备高性能的杂化材料是材料科学一个新的生长点.本专论聚焦于对具有光驱质子泵功能的两类活性蛋白质——细菌视紫红质(BR)与古紫质4(AR4)的研究,其中BR作为一个著名的膜蛋白已有四十余年的研究历史,而AR4则为中国科研人员十余年前所发现.综述了AR4的研究,并对AR4和BR进行了对比,进一步介绍了光敏蛋白质(BR和AR4)与聚合物基质复合制备新型功能高分子材料的工作,还介绍了该类光敏蛋白质的基因工程改造以及蛋白质/聚合物复合膜用于信息材料方面的探索工作.论文总结了一系列创新成果,如(1)在光敏蛋白质的质子泵机理方面,提出了"弱偶联模型"并解释了AR4具有与BR相反的质子释放和提取时间顺序的内在机理;(2)光敏蛋白质与聚合物复合膜相关的高分子水凝胶和蛋白质聚集状态的研究,并发现与均聚物和两亲性小分子不同,两亲性嵌段共聚物可导致光敏蛋白质中间体的寿命有数量级的延长;(3)发展了光敏蛋白质与聚合物复合膜的制备技术,所得到的材料不仅保持了光学活性,其蛋白质的光学响应性能还得到进一步改善;(4)发现了含光敏蛋白质的紫膜强烈抗拒哺乳动物细胞黏附的新功能;(5)尝试将该蛋白质和聚合物的复合膜作为信息材料,实现了全光宽带图像显示.进一步展望了此类光敏蛋白质的后续研究和潜在的应用前景.     

聚方酸太阳电池材料的合成与表征

通过Yamamoto偶联反应,合成了主链含有1,2-取代方酸和1,3-取代方酸结构单元的新型共轭聚合物光伏材料PTST.其结构经过红外光谱和核磁共振表征得以确证.热分析、紫外-可见吸收光谱和电化学性质研究表明,所得新型共轭聚合物PTST具有良好的热稳定性;在270～700 nm光谱范围内有宽而强的吸收,基本覆盖了整个可见光区域;取代方酸结构单元的引入可使聚合物的最低未占有轨道(LUMO)和能隙(Eg)降低.当PTST仅为60%掺混时,即可使聚(3-己基噻吩)的荧光完全淬灭,说明P3HT与PTST之间存在明显的光电子转移.     

高折射率高透明性半脂环聚酰亚胺的合成与性能

采用脂环二酐单体2,3,5-三羧基环戊烷基乙酸二酐(TCAAH)分别与两种含硫芳香族二胺单体,4,4′-双(4-氨基苯硫基)二苯硫醚(3SDA)与2,7-双(4-氨基苯硫基)噻蒽(APTT)通过两步法制备了两种半脂环聚酰亚胺(PI).制备的PI薄膜在可见光波长范围内(400~700 nm)具有优良的透明性,400 nm处的透过率超过85%.此外,该系列薄膜还具有良好的耐热稳定性,氮气中的起始热分解温度超过480℃,玻璃化转变温度超过250℃.PI薄膜在632.8 nm处的折射率大于1.68,双折射小于0.006.为了进一步提高PI薄膜的折射率,初步考察了PI前体溶液聚酰胺酸(PAA)与高折射率无机TiO2纳米粒子的复合工艺.结果表明,PI-TiO2薄膜同样具有良好的透明性,632.8 nm处的折射率达到1.76.     

聚酰胺表面结构及其对复合膜分离性能的影响

以杂萘联苯聚芳醚超滤膜为支撑层,通过间苯二胺(MPD)、哌嗪(PIP)与均苯三甲酰氯(TMC)的界面聚合制备复合膜.用红外光谱和X射线衍射分别分析了超薄功能层的化学结构与聚集态,用原子力显微镜观察了膜表面形貌,并用统计学方法计算了膜表面的平均粗糙度等特性参数,研究了MPD/PIP比例对膜表层化学结构、形貌和分离性能的影响.结果表明,随着二胺单体MPD/PIP比例从0/100提高到100/0,功能层聚酰胺的聚集态具有从无定形向部分结晶转变的趋势,复合膜表面平均粗糙度由17.8nm提高到71.9nm,膜对NaCl的截留率由26%提高到99%,而通量则由130L.m-2.h-1降低到12L.m-2.h-1.复合膜具有良好的稳定性,温度由25℃提高到80℃,通量提高了2倍左右,而对NaCl的截留率基本不变.     

通过分子复合超分子方法制备高性能高分子材料

分子复合可调控聚合物超分子结构和聚集态结构,提高其性能,是高分子材料制备和高性能化的超分子方法.本文介绍了我们研究组近几年来通过分子复合超分子方法制备新型高分子材料的一些研究工作,如实现PVA的热塑加工,制备高性能熔纺纤维、吹塑薄膜、中空瓶、注塑制品等;制备新型聚合物无卤阻燃剂MCA,大大简化其合成工艺,并具有更高阻燃...     

多功能有机及聚合物电致发光材料

有机、聚合物薄膜电致发光是近几年来国际上一个研究热点。有机、聚合物材料载流子传输能力较差,因而人们将目光转向具有载流子传输能力的多功能电致发光材料。本文主要就多功能材料的类型、合成、功能等方面作了简单介绍。