核壳结构导电聚合物复合材料的制备与表征
核壳结构导电聚合物复合材料的制备与表征
张友帆
北京师范大学化学学院，北京：100875
【摘要】本实验利用“核/壳结构聚合物复合材料兼有核聚合物和壳聚合物两组分的性能，同时还可能由于协同效应而产生新的性能”的特点，采用种子乳液聚合技术，以期制备出综合性能优良的核/壳结构导电聚合物复合微球，并采用扫描电子显微镜(SEM)对其结构与形貌进行表征，最后利用四探针电阻率仪测试样品的电性能。
【关键词】核/壳结构导电聚合物；聚乙烯；聚吡咯；单分散乳液；种子乳液聚合；冷冻干燥
导电聚合物是20世纪70年代开始兴起的一个研究领域，至今已取得较大进展。1977
年，日本化学家白川英树等人发现了用AsF
5、I
2
进行p型掺杂的聚乙炔具有高导电率以来，
导电聚合物的研究就成了国际交叉边缘学科十分活跃的领域之一。瑞典皇家科学院宣布了2000 年诺贝尔化学奖的得主—日本筑波大学白川英树( Shirakawa H. ) 、美国宾夕法尼亚大学艾伦·马克迪尔米德( Macdiarmid A.G. ) 和美国加利福尼亚大学的艾伦·黑格尔( Heeger A.J. ) ,以表彰他们在导电聚合物这一新兴领域所做的开创性工作。可见导电聚合物研究的巨大魅力。
进入20世纪90年代，导电高分子材料的研究与纳米技术相结合，产生了一个新的研究热点——导电聚合物纳米复合材料。常见的有机高分子如聚苯胺(PAn)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚对苯乙炔(PPV)的纳米复合材料由于具有独特的结构和在光、电、磁方面的独特性质，使它在能源、信息、光电子器件、化学和生物传感器、电磁屏蔽、隐身技术以及金属腐蚀防护等领域具有广阔的应用前景。
目前，导电聚合物难以实用化的最主要的原因是纯的PAn、PPy、PTh和PPV等一般是难溶难熔物，导致其加工性能较差。因此，研究出可加工型导电高分子复合材料具有重要的理论意义和实用价值。
本实验是采用种子乳液聚合技术制备核/壳结构的聚乙烯/聚吡咯导电聚合物复合材料。
1实验
1.1仪器与试剂
S4800扫描电子显微镜(SEM)，日立公司；FD-1E冷冻干燥机，北京德天佑科技发展有限公司；RTS-8型数字式四探针测试仪，广州四探针科技公司；电子天平，真空泵，电磁搅拌器，机械搅拌器等。
苯乙烯，甲基丙烯酸β羟乙酯，吡咯，聚乙烯基吡咯烷酮(PVP K30)，过硫酸铵，硫酸
亚铁(FeSO
4·7H
2
O)，过氧化氢
实验所用单体苯乙烯、吡咯均需采用减压蒸馏法进行精制。
1.2实验原理
聚苯乙烯制备属于自由基聚合机理，在此不必详细论述。
聚苯乙烯/聚吡咯复合乳液制备机理：首先是体系形成游离，
然后游离的引发吡咯在聚苯乙烯核的表面进行聚合反应，吡咯聚合机理如下
因为吡咯的聚合是包覆在聚苯乙烯核外进行的，故可以表示为：
1.3实验过程
1.3.1单分散聚苯乙烯乳液的制备
(1)搭装置：100℃温度计、机械搅拌器、球形冷凝器和通气管连于250mL四口烧瓶上，下为水浴。
保护下升温至70℃。完全溶解后，加
(2)装料：聚乙烯基吡咯烷酮和100mL蒸馏水，N
2
入苯乙烯(St)、甲基丙烯酸β羟乙酯(HEMA)，搅拌30min，然后把24mL过硫酸铵(APS)加入反应体系。
乳液原料按照下表配方加入：
2
温度控制在70℃。可观察到体系为白色乳液，边沿略泛蓝。
(4)取一定重量乳液，称重后干燥，直到重量稳定后称重固体量。计算固含量和转化率。
(5)取出5mL乳液，加入10mL蒸馏水，导入9#培养皿，保鲜膜封口，扎适量小孔，冰箱中冻成冰，用冷冻干燥机干燥，得到表面显粉红色的白色粉末，以备电性能测试。
(6)剩余样保存好，以备SEM观察。
1.3.2单分散核/壳结构聚苯乙烯/聚吡咯导电复合乳液的制备
(1)搭装置：100mL圆底烧瓶，0℃冰水浴，电磁搅拌，翻口橡皮塞，N
2
保护。
(2)加料：①5g单分散聚苯乙烯乳液，1.5mgFeSO
4·7H
2
O，40mL H
2
O，5mL 1mol/L稀盐
酸，通N
21min；②用0.25mL注射器注入0.1mL吡咯，10min后，另一注射器注入0.2mLH
2
O
2
。
(3)始终保持冰水浴，反应24h，可观察到体系在加入过氧化氢后，出现明显的颜色变化过程，如下：
(4)冷冻干燥：20mL复合乳液，用等体积甲醇破乳，100mL砂滤漏斗抽滤，蒸馏水洗至滤液无色。所得固体加水超声混合，倒入9#培养皿，保鲜膜封口，扎孔，冰箱冷冻成冰，再冷冻干燥得黑色粉末，以备电性能测试。由于抽滤时固体未能滤出，改用高速离心(转速约6000rpm)也未能得到满意的固体，最后改成使用烘箱烘干得到黑色粉末产品。
(5)剩余复合乳液保存好，以备SEM观察。
1.3.3观测聚苯乙烯和复合乳液的形貌
使用扫描电子显微镜(SEM)观察聚苯乙烯乳液和聚苯乙烯/聚吡咯复合乳液的乳胶粒的尺寸大小和形貌。
简单步骤是：首先乙醇破乳(乙醇:乳液=4:1)，乳液均匀涂于光滑锡箔上，晾干，剪取样品颗粒均匀的小块制片。
然后SEM观察两种乳胶粒的尺寸大小和形貌。
1.3.4复合乳液的电性能测试
采用四探针电性能测试仪，可以测出聚苯乙烯和聚苯乙烯/聚吡咯复合材料的电导。
基本原理如下：
当四根金属探针排成一条直线，并以一定压力压在半导
体材料上时，在1,4探针之间通过电流I，则在2,3探针
之间产生电位差V。根据公式可计算材料的电
阻率。C为四探针的探针系数(cm)，它的大小取决于四根
探针的排列方法和针距。
计算时使用修正公式：
。
测试步骤：
1.将样品用压片机压片(薄圆片)，测量其厚度(直径为1cm)；
2.选取测试电流(查表计算)，正反向测量，平均值即为测得
的实际值。即可说明制备的复合材料的电性能。
1.3.5验证实验
由于本小组所有成员最后都未能测出核/壳复合材料的导电性，而此前单体吡咯又因放置不当而变质，后改为使用前组已放置一周的剩余试剂，考虑到吡咯不纯和未能成功使用砂滤漏斗滤出产物等情况，也为了找到实验失败的原因，从制备核/壳复合乳液一步开始，重新设计进行了三组平行实验。通过实验分析①吡咯纯与否、②光照与否、③砂滤漏斗抽滤成功与否和④冷冻干燥/烘干四个变量因子对实验结果的影响，其中第①因子吡咯的影响和第③因子抽滤的影响是与失败的实验(吡咯不纯、抽滤失败)进行对比；第②是组内对比；第④因子是由于砂滤漏斗抽滤失败，临时考虑设置的。具体过程如下：
(1)重蒸吡咯
重新蒸馏吡咯得到无色透明液体。吡咯短暂放置即投入使用。
(2)加样(反应条件不改变：N
保护，0℃冰水浴)
2
222
(4)反应24h，反应现象和前面基本无差异，均出现上述的颜色变化过程。
(5)破乳，甲醇/乳液比达到了5:1，未见分层现象；抽滤采用G5砂滤漏斗，但是仍未
滤出固体。只得分别将三组复合乳液分成两份，一份三种样品进行冷冻干燥；另一份三样品直接烘干，以备测试电性能，进行对比。
(6)剩下的乳液保存好，进行SEM观察。但是最终也未见有明显包覆的壳层。
(7)测试六组样品的电性能，均没有导电性。验证实验未得到明确结论。
实验结束。
2结果与讨论
2.1 固含量和转化率计算
转化率的计算公式为，其中近似为加入原料的总质量。最终计算出转化率为97.35%。
2.2 SEM观察结果分析
通过SEM可以观察到聚苯乙烯乳胶粒是球形，直径将近150nm；复合乳胶粒也为球形，
到文献中所提的明显的表面粗糙的包覆物，即无法判断聚吡咯是否包覆在聚乙烯核外和包覆程度的大小。可以初步判断未能得到目标的核/壳结构复合材料。
而验证实验做出得聚苯乙烯/聚吡咯复合微球也不能观察到明显的包覆，除2号样SEM-2有特殊现象(粒径极大、不明包覆物)外，基本说明验证失败。原因有待分析。
2.3 电性能测试结果
测量聚苯乙烯的电导率为零，说明聚苯乙烯无导电性；而测量聚苯乙烯/聚吡咯复合乳胶粒也无导电性，再根据复合微球的形貌，可以说明聚吡咯基本未包覆于聚乙烯核外。因此判断未能制得目标产物核/壳复合材料，实验失败。
验证实验测得六种样品电性能结果列于下表(用电导率表示)：
验证实验测得所有样品电导率均为零，宣告验证实验失败。
而由上图可以看出，除可以说明第②变量因子不是导致实验失败的原因，即实验失败与光照与否无关外，验证结果基本不能说明我们设置的变量对实验的影响。首先，从验证结果不能说明试验成功与第①因子即吡咯纯度的因果相关性，即不能说明吡咯不纯会导致实验失败，吡咯的影响有待进一步分析。由于两次抽滤均失败，而实验最终也均失败，因此由因果关系说明第③因子有可能是导致实验失败的原因，但也有待于进一步分析确证。而第④因子则从逻辑上根本无法说明问题，因为其根本不能成为独立的变量，其对第③因子具有依赖性，故对其仍需进行进一步分析。
综上，本次验证实验根本未能找出实验失败的原因，验证实验失败。验证失败的原因将在实验总结与改进部分进行讨论。
而为了找出小组实验失败的原因，还需分析所有相关的影响因素，进行进一步更全面的验证。这将在下面失败原因讨论部分展开。
2.4实验讨论与思考
2.4.1实验失败原因讨论
一个合成实验能否得到目标产物，成功与否，从原料到终产物，与很多因素有关。因此，我们分析实验失败的原因，也必须分析从原料到终产物过程中的每一个影响因素，并结合理论知识，设计相关实验进行验证，以找到其中的原因。在分析过程中，我们可以假设每一个
因素都是一个独立的因子，我们的工作就是进行验证，然后将其一个个排除，最终剩下的合理因子即是最相关因子，也就是我们想要的答案。但是我们也必须单独考虑因子之间的相关性，这样才能得到最优因子，也就是真正的答案。下面的分析即按此思路展开：影响核/壳复合乳胶粒制备的可能因素有：
内因：聚苯乙烯，吡咯，氧化还原体系，PVP，体系pH值；
外因：温度，N
2
保护，反应时间；
操作：抽滤，冷冻干燥，烘干；
首先进行单变量因子的分析
(1)聚苯乙烯：聚苯乙烯很稳定，且对其进行的电镜观察，其粒径和形貌都正常，所以可以排除它对实验结果的影响；
(2)吡咯：实验过程中吡咯因保存不当而变质，而我们又没有及时重蒸吡咯而是使用上组剩下的略有变质的。所以吡咯的纯度成为了我们考虑的焦点因素，但是由于验证实验是我们对吡咯进行了重蒸，而实验仍然失败。后来钟捷学长对我们使用的吡咯进行了红外光谱分析，其谱图与标准谱图90%符合，且他使用我们的吡咯进行实验得到了预期的现象，我们可以暂时排除吡咯纯度对实验的影响。
(3) PVP是制备聚苯乙烯种子乳液时留在体系中的，可以认为是引入的杂质，但是文献告诉我们“种子乳液中非离子表面活性剂有利于吡咯在聚苯乙烯微球表面的沉积”，可以说明本实验的表面活性剂即PVP的存在应该会对反应起正面作用，但是由于没有完成抽滤洗涤的步骤，所以也不能说明PVP的存在会不会对复合微球的导电结构产生影响，因此我们不能排除其影响。
(4)体系pH，查文献可知：如果体系的酸度不能达到要求，则会导致聚合反应极慢，以致在我们停止反应时，得到的聚吡咯大多是低聚物。但是测量本组实验所用盐酸，其pH值符合要求，因此可以排除其对实验结果的影响。
(5)氧化还原体系，是我们忽略了的因素。因此，在验证实验中使用的H
2O
2
仍是小组实
验使用的同一试剂瓶中的试剂，忽略了由其变质引起的实验结果变化。但是稳定适宜的氧化还原体系是保证聚合反应顺利进行的关键。而本实验中由于长期的使用和保存不当，导致
H 2O
2
已经严重分解变质，一直不能引发聚合反应的进行或反应程度不能达到要求，吡咯的聚
合度会因此而极低，不能包覆到聚苯乙烯表面，而长的共轭长度对于实现高电导率是必须的；而且还有可能出现非2,5位的连接聚合，短链支化形成一定的网状结构，共轭体系受到破坏，
严重影响聚吡咯的导电性。钟捷学长后重新用新的H
2O
2
和我们使用的H
2
O
2
进行对比实验，得
到了我们使用的双氧水不能使反应达到预期目标，而新的双氧水则可以的结果。因而H
2O 2
变质则有可能是导致实验失败的原因。但仍不能完全确定。
(6)由文献知道“温度较高时，壳层表面会很粗糙，不均匀，缺陷较多”，这种缺陷一般就是形成非2,5位连接的短链支化。而本组反应的温度均控制在文献要求的范围，因此可以排除温度的影响。
(7)N
2
保护始终存在，可排除其对实验的影响。
(8)反应时间是一个很重要的但也容易忽略的因素，由上一组实验结果可以说明，24h 的反应时间是够的。因此可以忽略时长对体系的影响。讨论时间的意义是，我们应该对反应进行动力学分析，简单的分析就是体系反应现象随时间的变化的不同，观察到钟捷学长验证体系从开始的乳白到变黑仅用了15min，而我们的小组实验和验证实验均用了2h以上。而且我们没能做出文献的黑色，而是泛蓝。分析原因是吡咯的聚合度不够。而这又得从其他条件分析。
相关性分析——操作的影响，上面列出的操作只会影响最后的结果观察，而不会对我们
实验是否做出目标产物的本质产生任何影响。抽滤操作对实验是否测出电性能十分重要，是表征步骤的关键。因为抽滤步骤的作用是纯化产物，为下步表征提供纯的表征产物、排除体系杂质对导电性的影响。由于抽滤和洗涤不成功，杂质存留于体系，下步的冷冻干燥或热烘干其实已经没有实际意义，两次实验均未测出电导率只与两个原因有关：是否得到目标产物和杂质是否影响电性能表征。分析实验电镜图，可以初步排除抽滤、冷冻干燥和热烘干操作的对结果影响。
综上，结合我们现有知识和实验的全过程，可以判断导致实验失败最可能的原因有三：
吡咯、PVP和H
2O
2
。由于钟捷学长还未最终完成实验，所以我们只能假设实验成功与吡咯无
关；由于自己知识水平有限，只能认为PVP对实验结果无影响；因此，可以认为是H
2O
2
保存
不当而分解失效，以致未能制得目标产物，实验失败。
2.4.2抽滤不成功的原因分析
可能的原因有二：一，复合微球本身粒径太小；二，破乳不成功。到底是哪个原因？首先要说明一个问题，据查G4砂滤漏斗的孔径是3～4um，G5砂滤漏斗为1.5～2.5um，而我们做出的乳胶粒直径一般仅为0.1～0.15um，远小于漏斗孔径，又因为上组同学基本抽滤操作成功，故可以说明与其粒径无关。因此，只能是破乳不成功，破乳的作用就是脱去表面活性剂PVP，使胶粒团聚在一起，以至胶粒团直径比漏斗孔径更大，达到抽滤出固体的效果。所以，我们要做的就是找到破乳失败的原因。由于未查到破乳原理的相关知识，且也只是有一点怀疑破乳不成功与聚吡咯为包覆有关。故在此不敢妄加揣测。
2.4.3聚合物导电机理同金属导电机理是否相同？为什么？
聚合物导电机理同金属导电机理不相同。
金属导电是在电场作用下，自由电子的定向移动，因而形成电流。
导电聚合物导电机理因聚合物不同而异。
1.电子导电聚合物的导电机理：在电子导电聚合物的导电过程中，载流子是聚合物中的自由电子或空穴，导电过程中载流子在电场的作用下能够在聚合物内定向移动形成电流。电子导电聚合物的共同结构特征是分子内有大的线性共轭π电子体系，给自由电子提供了离域迁移条件。作为有机材料，聚合物是以分子形态存在的，其电子多为定域电子或具有有限离域能力的电子。π电子虽然具有离域能力，但它并不是自由电子。当有机化合物具有共轭结构时，π电子体系增大，电子的离域性增强，可移动范围增大。当共轭结构达到足够大时，化合物即可提供自由电子，具有了导电功能。
2.离子型导电聚合物导电机理：从查到的文献中可以简单总结为离子在导电聚合物中的扩散运动和导电聚合物对离子的溶解作用。固体离子导电的两个先决条件是具有能定向移动的离子和具有对离子溶和能力。
3.氧化还原型导电聚合物导电机理：这类聚合物的侧链上常带有可以进行可逆氧化还原反应的活性基团，有时聚合物骨架本身也具有可逆氧化还原反应能力。导电机理为：当电极电位达到聚合物中活性基团的还原电位(或氧化电位)时，靠近电极的活性基团首先被还原(或氧化) ，从电极得到(或失去)一个电子，生成的还原态(或氧化态)基团可以通过同样的还原反应(氧化反应)将得到的电子再传给相邻的基团，自己则等待下一次反应。如此重复，直到将电子传送到另一侧电极，完成电子的定向移动。
导电聚合物导电机理均查自文献。
2.4.4导电聚合物与金属相比较其优势表现在哪些方面？其不足又表现在哪些方面？
导电聚合物的优势主要表现在其电导率范围极广，跨越了绝缘体—半导体—金属态，如此宽的范围使它的应用领域极其广泛。导电聚合物还保留了聚合物的结构多样化、可加工
性和比重轻等性质，而这些正好满足了现代信息科技中器件尺寸的日益微型化要求。有机材料还有更好的生物相容性。不足之处：研究还不完善。加工性能和力学性能也不太好，应用还有待突破。
2.5实验总结与改进
首先，通过这次实验，我确实收获很多。不仅仅是学到了实验的知识与技巧。更多的是学到了科学严谨的实验或者说是科研态度，最重要的是学到了做人的道理。感谢刘老师，您的教育，让我有所感悟，并开始认真思考有关原则、态度、理想的问题。
我们这次实验失败，但是我们却收获更多，感谢所有执著坚持的同学，我们一起寻找失败的原因，从失败中学到了成功的道理。感谢钟捷学长，您的帮助与辛劳也是我们坚持到底的重要原因。
关于实验的总结：1.首先是熟练掌握实验技能非常必要的，因为从某种意义上说，实验失败是由我的错误操作引起的；2.关于验证实验失败的思考。仔细分析了我们的验证实验，发现其中漏洞很多，设置的变量其实不太合理。比如假设失败原因为吡咯的问题，仅仅让其与失败的实验对比，未设置对照组；光照对比似乎没有必要，因为上组都见光，基本都成功。出现这些问题的原因是我认为是由于我们在实验失败后急于找到原因，而又仅仅把焦点放在吡咯上，而没有冷静下来仔细分析所有实验因素，然后设计出合理的验证实验。所以，执著的精神还必须要加上科学的方法。3.应变能力不够，在验证实验抽滤失败后，我们设置了两组对照，冷冻干燥和热烘干，我认为其实这毫无意义，因为这组对照本身包含的变量就太多，不能作为简单独立的变量处理。而且抽滤洗涤失败、存在杂质对干燥处理的影响太大，较高的相关性就又引入了更多变量。因此经过分析，我们可以考虑使用不受上步抽滤操作影响的验证方法来说明是否制得目标产物。通过查文献，我觉得可以考虑使用X射线光电子能谱仪(XPS)测试壳层表面的N/C比，然后与理论计算值比较，判断是否包覆成功。4.理论知识储备不够或者理论与实验不能有机的联系起来，这是我们在实验时暴露的问题，也是导致实验失败的一个重要原因。
以上就是我做完本次实验的教训，希望通过此次实验和自己以后的努力，能够达到合格的标准。
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Production and Structure Characterization of
Nucleus/Shell structure conducting polymer
ZHANG Youfan
Abstract: Nucleus/Shell structure conducting polymer have properties of nucleus polymer and shell polymer. Meanwhile, new properties can occur for synergistic effect. We use the technology of monodispersion latex for finishing the experiment, and we hope that Nucleus/Shell structure conducting polymer composite microspheres which have excellent properties. Then, we character the structure and morphology of product through SEM. Finally, we measure electrical properties of sample.
Keyword: PS; PPy; Nucleus/Shell structure conducting polymer; monodispersion latex; seeded emulsion polymerization; freeze-dry
高分子聚合物的表征方法及常用设备
高分子聚合物的表征方法及常用设备 高分子聚合物的结构形貌分为微观结构形貌和宏观结构形貌。微观结构形貌指的是高分子聚合物在微观尺度上的聚集状态，如晶态，液晶态或无序态（液态），以及晶体尺寸、纳米尺度相分散的均匀程度等。高分子聚合物的的微观结构状态决定了其宏观上的力学、物理性质，并进而限定了其应用场合和范围。宏观结构形貌是指在宏观或亚微观尺度上高分子聚合物表面、断面的形态，以及所含微孔（缺陷）的分布状况。观察固体聚合物表面、断面及内部的微相分离结构，微孔及缺欠的分布，晶体尺寸、性状及分布，以及纳米尺度相分散的均匀程度等形貌特点，将为我们改进聚合物的加工制备条件，共混组份的选择，材料性能的优化提供数据。 高分子聚合物结构形貌的表征方法及设备包括： 1.偏光显微镜（PLM） 利用高分子液晶材料的光学性质特点，可以用偏光显微镜观测不同高分子液晶，由液晶的织构图象定性判断高分子液晶的类型。 2.金相显微镜 金相显微镜可以观测高分子聚合物表面的亚微观结构，确定高分子聚合物内和微小缺陷。体视光学显微镜通常被用于观测高分子聚合物体表面、断面的结构特征，为优化生产过程，进行损伤失效分析提供重要的信息。 3、体视显微镜 使用体视显微镜时需要注意在取样时不得将进一步的损伤引入受观测的样品。使用金相显微镜时，受测样品需要首先在模具中固定，然后用树脂浇铸成圆柱形试样。圆柱的地面为受测面。受测面在打磨、抛光成镜面后放置于金相显微镜上。高分子聚合物亚微观结构形貌的清晰度取决于受测面抛光的质量。 4.X射线衍射 利用X射线的广角或小角度衍射可以获取高分子聚合物的晶态和液晶态组织结构信息。有关内容参见高分子聚合物的晶态和高分子聚合物液晶态栏目。 5.扫描电镜（SEM） 扫描电镜用电子束扫描聚合物表面或断面，在阴极射线管上（CRT）产生被测物表面的影像。对导电性样品，可用导电胶将其粘在铜或铝的样品座上，直接观察测量的表面；对绝缘性样品需要事先对其表面喷镀导电层（金、银或炭）。 用SEM可以观察聚合物表面形态；聚合物多相体系填充体系表面的相分离尺寸及相分离图案形状；聚合物断面的断裂特征；纳米材料断面中纳米尺度分散相的尺寸及均匀程度等有关信息。 6.透射电镜（TEM） 透射电镜可以用来表征聚合物内部结构的形貌。将待测聚合物样品分别用悬浮液法，喷物法，超声波分散法等均匀分散到样品支撑膜表面制膜；或用超薄切片机将高分子聚合物的固态样样品切成50nm薄的试样。把制备好的试样置于透射电子显微镜的样品托架上，用TEM可观察样品的结构。利用TEM可以观测高分子聚合物的晶体结构，形状，
复合材料的界面改性
界面及界面改性方法 界面结合强度低，则增强纤维与基体很容易分离，在材料的断面可观察到脱粘、纤维拔出、纤维应力松弛等现象，起不到增强作用；但界面结合强度太高，则增强纤维与基体之间应力无法松弛，形成脆性断裂。 在研究和设计界面时，不应只追求界面粘结而应考虑到最优化和最佳综合性能。 1、聚合物基复合材料界面 界面结合有机械粘接与润湿吸附、化学键结合等。 大多数界面为物理粘结，结合强度较低，结合力主要来自如色散力、偶极力、氢键等物理粘结力。 偶联剂与纤维的结合（化学反应或氢键）也不稳定，可能被环境（水、化学介质等）破坏。一般在较低温度下使用，其界面可保持相对稳定。增强剂本身一般不与基体材料反应。 聚合物基复合材料界面改性原则： 1）在聚合物基复合材料的设计中，首先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性。一般可采取延长浸渍时间，增大体系压力、降低熔体粘度以及改变增强体织物结构等措施。２）适度的界面结合强度 ３）减少复合材料中产生的残余应力 ４）调节界面内应力和减缓应力集中 聚合物基体复合材料改性方法 １、颗粒增强体在热塑性聚合物基体加入两性相溶剂(增容剂)，则能使液晶微纤与基体间形成结合良好的界面 ２、纤维增强体复合材料界面改善 a)纤维表面偶联剂 b)涂覆界面层 c)增强体表面改性 2、金属基复合材料界面 金属基体在高温下容易与增强体发生不同程度的界面反应，金属基体多为合金材料，在冷却凝固热处理过程中还会发生元素偏聚、扩散、固溶、相变等。 金属基复合材料界面结合方式有化学结合、物理结合、扩散结合、机械结合。总的来讲，金属基体复合材料界面以化学结合为主，有时也会出现几种界面结合方式共存。 金属基体复合材料的界面有3种类型：第一类界面平整、组分纯净，无中间相。第二类界面不平直，由原始组分构成的凸凹的溶解扩散型界面。第三类界面中含有尺寸在亚微米级的界面反应物。多数金属基复合材料在制备过程中发生不同程度的界面反应。 金属基复合材料的界面控制研究方法： 1）对增强材料进行表面涂层处理在增强材料组元上预先涂层以改善增强材料与基体的浸润性，同时涂层还应起到防止发生反应的阻挡层作用。 2）选择金属元素改变基体的合金成分，造成某一元素在界面上富集形成阻挡层来控制界面反应。尽量避免选择易参与界面反应生成脆硬界面相、造成强界面结合的合金元素 3）优化制备工艺和参数金属基体复合材料界面反应程度主要取决于制备方法和工艺参数，因此优化制备工艺和严格控制工艺参数是优化界面结构和控制界面反应的有效途径。 3、陶瓷基复合材料的界面 陶瓷基体复合材料指基体为陶瓷材料的复合材料。增强体包括金属和陶瓷材料。界面结合方式与金属基体复合材料基本相同，有化学结合、物理结合、机械结合和扩散结合，其中以化学结合为主，有时几种结合方式同时存在。 陶瓷基体复合材料界面控制方法
高分子聚合物的主要表征方法
摘要 本文主要综述了高分子聚合物及其表征方法和检测手段。首先，从不同角度对高分子聚合物进行分类，并对高分子聚合物的结构，生产，性能做了一个简单的介绍。其次，阐述了表征和检测高分子聚合物的常用方法，例如：凝胶渗透色谱、核磁共振（NMR）、红外吸收光谱（IR）、激光拉曼光谱（LR）等。最后，介绍了检测高分子聚合物的常用设备，例如：偏光显微镜、金相显微镜、体视显微镜、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等。 关键词：聚合物；表征方法；检测手段；常用设备
ABSTRACT This paper mainly summarizes the polymer and its detection means.First of all, this paper made a simple introduction of the polymer structure, production performance. Secondly, it describes the detection methods of polymers, such as: gel permeation chromatography, nuclear magnetic resonance (NMR), infrared absorption spectroscopy (IR), laser Raman spectroscopy (LR).Finally, it describes the common equipment used to characterize and detection of polymers, such as: polarizing microscope, metallographic microscope, microscope, X ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, atomic force microscopy. Key words：Polymer; Characterization; Testing means; common equipment
纳米核壳结构简介
核壳结构微纳米材料应用技术 摘要 (2) 1核壳型纳米粒子的定义及分类 (2) 1.1 核壳型纳米粒子定义 (2) 1.2 核壳型纳米粒子分类 (2) 2 核壳结构微纳米材料形成机理 (3) 3有机—有机核壳结构微纳米材料制备 (3) 3.1乳液聚合法 (3) 3.2悬浮聚合法 (3) 4有机—无机核壳结构微纳米材料制备 (4) 4.1无皂聚合法 (4) 4.2化学共沉淀法 (4) 5无机—无机核壳结构微纳米材料制备 (4) 5.1种子沉积法 (5) 5.2水热法 (5) 6 核壳结构微纳米材料的应用 (6) 6.1 核壳结构微纳米材料的医学应用 (6) 6.2 核壳结构微纳米材料作为催化剂 (6) 参考文献 (7)
摘要 纳米科学被认为是21世纪头等重要的科学领域，它所研究的是人类过去从为涉及的非宏观、非围观的中间领域，使人们改造自然的能力延伸到分子、原子水平，标志这人类的科学技术进入了一个新的时代。纳米结构由于既有纳米微粒的特性如量子效应、小尺寸效应、表面效应等优点，又存在由纳米结构组合引起的新效应，如量子耦合效应和协同效应等，而且纳米结构体系很容易通过外场（电、磁、光）实现对其性能的控制。核壳型纳米微粒由于表面覆盖有与核物质不同性质纳米粒子，因此表面活性中心被适当的壳所改变，常表现出不同于模板核的性能，如不同的表面化学组成、稳定性的增加、较高的比表面积等，这些粒子被人为设计和可控制备以满足特定的要求。 关键词：纳米核壳纳米材料的应用 1核壳型纳米粒子的定义及分类 1.1 核壳型纳米粒子定义 核壳型纳米粒子是以一个尺寸在微米至纳米级的球形颗粒为核，在其表面包覆数层均匀纳米薄膜而形成的一种复合多相结构，核与壳之间通过物理或化学作用相互连接。广义的核壳材料不仅包括由相同或不同物质组成的具有核壳结构的复合材料，还包括空球、微胶囊等材料。 核壳型复合微球集无机、有机、纳米粒子的诸多特异性质与一体，并可通过控制核壳的厚度等实现复合性能的调控。通过对核壳结构、尺寸剪裁，可调控它们的磁学、光学、电学、催化等性质，因而有诸多不同于单组分胶体粒子的性质。他在材料学、化学组装、药物输送等领域具有极大的潜在应用价值。 1.2 核壳型纳米粒子分类 (1)无机—无机核壳结构微纳米材料:核壳均为无机材料的复合微纳米材料。 (2)无机—有机核壳结构微纳米材料:核为有机材料，壳为无机材料的复合微纳米材料。 (3)有机—无机核壳结构微纳米材料：核为无机材料，壳为有机材料的复合微纳米材料。 (4)有机—有机核壳结构微纳米材料：核壳均为有机材料的复合微纳米材料。 (5)复杂核壳结构微纳米材料：具有多层核壳结构，核壳多分分分别为有机或者无机材料。
聚合物材料表征测试题库
高分子研究方法题库 1 在对聚合物进行各种光谱分析时，红外光谱主要来源于分子振动－转动能级间的跃迁；紫外-可见光谱主要来源于分子的电子能级间的跃迁；核磁共振谱主要来源于置于磁场中的原子核能级间的跃迁，它们实际上都是吸收光谱。 2、SEM 和TEM的三要素是分辨率、放大倍数、衬度。 2、在有机化合物中，解析谱图的三要素为谱峰的位置、形状和强度。 2 苯、乙烯、乙炔、甲醛，其1H化学位移值最大的是甲醛，最小的是乙炔，13C的化学位移值最大的是甲醛最小的是乙炔。 4、紫外光谱主要决定于分子中发色和助色基团的特性，而不是整个分子的特性。 3 差示扫描量热仪分功率补偿型和热流型两种。第107页 4 产生核磁共振的首要条件是核自旋时要有磁距产生。 5 当原子核处于外磁场中时，核外电子运动要产生感应磁场，核外电子对原子核的这种作用就是屏蔽作用. 6 分子振动可分为伸缩振动，弯曲振动 7 傅里叶红外光声光谱英文简称为FTIR-PAS.P28 8 干涉仪由光源，定镜，分束器，检测器等几个主要部分组成。P19 9 高聚物的力学性能主要是测定材料的强度和模量以及变形. 10 共混物的制样方法有流延薄膜法热压薄膜法溴化钾压片法P11 11 光声探测器和红外光谱技术结合即为红外声光谱技术. P27 12 核磁共振普与红外、紫外一样，实际上都是吸收光谱。红外光谱来源于分子振动-转动能级间的跃迁，紫外-可见吸收光谱来源于分子的电子能级间的跃迁。[P46] 13 核磁共振谱图上谱峰发生分裂，分裂峰数是由相邻碳原子上的氢数决定的，若分裂峰数为n，则邻碳原子氢数为n-1。 P50 15 红外光谱在聚合物研究中占有十分重要的位置，能对聚合物的化学性质、立体结构、构象、序态、取向等提供定性和定量的信息。P6 16 红外光谱中，波动的几个参数为波长、频率、波数和光速。 17 红外光谱中，在1300~1400cm，基团和频率的对应关系比较明确，这对确定化合物中的官能团很有帮助，称为官能团区． 18 红外活性振动能引起分子偶极矩变化Ｐ８ 19 红外区是电磁总谱中的一部分，波长在0.7~1000之间。 20 红外吸收光谱是直接地反映分子中振动能级的变化；而拉曼光谱是间接地反映分子中振动能级的变化。 21 记录X射线的方法有照相法和计数器法。P68 22 解析谱图三要素为谱峰位置形状和强度P/13 2 在紫外光谱中不同浓度的同一种物质，在某一定波长下的λmax处吸光度A的差异最大.所以测定最灵敏 23 聚合物的一般制样方法主要有流延薄膜法，热压薄膜法，溴化钾压片法 24 拉曼光谱研究高分子样品的最大缺点是：荧光散射。 25 拉曼位移的大小与入射光的频率无关，只与分子的能级结构有关。P30 26 凝胶渗透色谱对分子链分级的原理是体积排除理论。P96 27 凝胶渗透色谱仪的组成：系统自动进样系统加热恒温系统分离系统检测系统 28 强迫非共振法是研究聚合物粘弹动力学性能有效、普遍、重要的方法。P146 29 斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差称为拉曼位移。P30 30 温度由低到高时，高聚物历经三种状态，即玻璃态，高弹态和粘流态。P2 31 现代热分析是指在程序控温之下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术P105
聚合物基复合材料制备方法
摘自课本《聚合物基复合材料》,针对的是聚合物基纳米复合材料的制备方法。 1、溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是最早用来制备纳米复合材料的方法之一。所谓的溶胶-凝胶工艺过程是将前驱物在一定的有机溶剂中形成均质溶液，均质溶液中的溶质水解形成纳米级粒子并成为溶胶，然后经溶剂挥发或加热等处理使溶胶转化为凝胶。溶胶-凝胶中通常用酸、碱和中性盐来催化前驱物水解和缩合，因其水解和缩合条件温和，因此在制备上显得特别方便。根据聚合物与无机组分的相互作用情况，可将其分为以下几类： （1）直接将可溶性聚合物嵌入到无机网络中把前驱物溶解在形行成的聚合物溶液中，在酸、碱或中性盐的催化作用下，让前驱化合物水解，形成半互穿网络。（2）嵌入的聚合物与无机网络有共价键作用在聚合物侧基或主链末端引入能与无机组分形成共价键的基团，就可赋予其具有可与无机组分进行共价交联的优点，可明显增加产品的弹性模量和极限强度。在良好溶解的情况下，极性聚合物也可与无机物形成较强的物理作用，如氢键。 （3）有机-无机互穿网络在溶胶-凝胶体系中加入交联单体，使交联聚合和前驱物的水解与缩合同步进行，就可形成有机-无机同步互穿网络。用此方法，聚合物具有交联结构，可减少凝胶的收缩，具有较大的均匀性和较小的微区尺寸，一些完全不溶的聚合物可以原位生成均匀地嵌入到无机网络中。 溶胶-凝胶法的特点是可在温和条件下进行，可使两相分散均匀，通过控制前驱物的水解-缩合来调节溶胶-凝胶化过程，从而在反应早期就能控制材料的表面与界面性能，产生结构极其精细的第二相。存在的问题是在凝胶干燥过程中，由于溶剂、小分子、水的挥发可能导致材料内部产生收缩应力，从而会影响材料的力学和机械性能。另外，该法所选聚合物必须是溶解于所用溶剂中的，因而这种方法受到一定限制。 2、层间插入法 层间插入法是利用层状无机物(如粘土、云母等层状金属盐类)的膨胀性、吸附性和离子交换功能，使之作为无机主体，将聚合物(或单体)作为客体插入于无机相的层间，制得聚合物基有机-无机纳米复合材料。层状无机物是一维方向上的纳米材料，其粒子不易团聚且易分散，其层间距离及每层厚度都在纳米尺度范
《聚合物表征》试卷及答案
北京化工大学2007——2008学年第一学期 《聚合物表征》期末考试试卷 一．选择题（下面每个选择题中有一个或多个正确答案，每题2分，共40分） 1.最早发现X射线的人是 D 。 A. 傅立叶 B. 布拉格 C. 劳厄 D. 伦琴 2. 中红外光谱的波数范围是指 B 。 A. 4000～13000cm-1 B. 400～4000 cm-1 C.6000～13000 cm-1～400cm-1 3. 在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的DSC曲线图中，介于玻璃化温度和熔点之间有时会出 现一放热峰，产生此峰对应的结构变化是 C 。 A．晶型转变 B.僵化的分子链段开始运动C冷结晶 D.不完善晶区熔融 4. 红外光谱图解析的基本的要素是 A B C 。 A. 峰的位置 B. 峰的强度 C. 峰的形状 D. 峰的朝向 5. 动态力学分析仪可以进行A B C D 等多种扫描模式的实验。 A. 温度 B. 时间 C.频率 D. 应变 6聚合物的平衡熔点总是 B 其测定到的熔点。 A. 低于 B. 高于 C. 等于 7. GPC谱图的横坐标如果以“保留体积”表示，“保留体积”的含义是 C 。 A. 分子链体积 B. 流体力学体积 C. 泵输送的流动相溶剂的体积 D. 抽取样品的量 8. 可用 A 和 B 等方法测定聚合物结晶度。 A. X射线衍射（XRD） B. 差示量热扫描（DSC） C. GPC D. 毛细管流变仪 9. GPC仪器中正确的连接是 A 。 A．泵-进样器-色谱柱-检测器 B. 进样器-泵-色谱柱-检测器 C. 进样器-色谱柱-泵-检测器 D. 泵-进样器-检测器- 色谱柱 10. 采用 D 可同时获知粘合剂固化后的玻璃化温度及模量. A．DTA C. DSC D. DMTA 11．将聚合物链插入无机纳米粘土的层间，形成的纳米插层结构，导致XRD谱图上相应的衍射峰如何移动 A 。 A. 向低角度移动 B. 向高角度移动 C.不发生移动 12. 红外光谱实验中所使用的载体是 C 。 A. 玻璃片 B. 透明体 C. 溴化钾晶体 D. 水 13.做一次DSC实验需要的样品量大约是 A 。 A．3mg B. 3g C. 30g D. 300g 14. 一种聚和物材料的熔融指数值越高，说明其熔体 B 。 A．流动性越差 B. 流动性越好 C. 越容易发生交联 D. 越容易发生降解 15. 差热扫描量热仪（DSC）测量的是维持样品和参比物处于相同温度所需要的 热流率差；它反映了样品 C 的变化率。 A．内能 B.自由能 C.焓 D.温度
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料 摘要：聚合物基复合材料以其特有的性能近年来越来越受到人们的青睐。本文简单的介绍了聚合物基复合材料，描述了其作为一种新材料的性能特点，并详细描述了其发展历史及应用。 关键词：聚合物、复合材料、应用、历史 1、聚合物基复合材料 复合材料是指：两个或两个以上独立的物理相，包括粘接材料（基体）和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。 (1) 复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是各组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。（2）复合材料中通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。（3）分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，两相之间存在着界面。分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。 聚合物基复合材料（PMC）是以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低，但由于其粘接性能好，能把纤维牢固地粘接起来，同时还能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合，各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，充分展示各自的优点，并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。 实用PMC通常按两种方式分类。一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料；另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。如：玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点，同时还有其本身的特殊性能。通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料。 而聚合物基复合材料一般都具有以下特性： 1. 比强度、比模量大。比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标，比强度越高，同一零件的自重越小；比模量越高，零件的刚性越大。复合材料的比强度和比模量都比较大，例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料，其比强度是钢的
聚合物基复合材料精彩试题
第一章 聚合物合金的概念、合金化技术的特点？ 聚合物合金：有两种以上不同的高分子链存在的多组分聚合物体系 合金化技术的特点:1、开发费用低，周期短，易于实现工业化生产。2、易于制得综合性能优良的聚合物材料。3、有利于产品的多品种化和系列化。 热力学相容性和工艺相容性的概念？ 热力学相容性：达到分子程度混合的均相共混物，满足热力学相容条件的体系。 工艺相容性：使用过程中不会发生剥离现象具有一定程度相容的共混体系。 如何从热力学角度判断聚合物合金的相容性？ 1、共混体系的混合自由能（ΔG M ）满足ΔG M =ΔH M -TΔS M <0 2、聚合物间的相互作用参数χ 12 为负值或者小的正值。 3、聚合物分子量越小，且两种聚合物分子量相近。 4、两种聚合物的热膨胀系数相近。 5、两种聚合物的溶度参数相近。 *思考如何从改变聚合物分子链结构入手，改变聚合物间的相容性？ 1、通过共聚使分子链引入极性基团。 2、对聚合物分子链化学改性。 3、通过共聚使分子链引入特殊相互作用基团。 4、形成IPN或交联结构。 5、改变分子量。 第二章 *列举影响聚合物合金相态结构连续性的因素，并说明分别是如何影响的？ 组分比：含量高的组分易形成连续相； 黏度比：黏度低的组分流动性较好，容易形成连续相； 内聚能密度：内聚能密度大的聚合物，在共混物中不易分散，容易形成分散相；溶剂类型：连续相组分会随溶剂的品种而改变； 聚合工艺：首先合成的聚合物倾向于形成连续性程度大的相。 说明聚合物合金的相容性对形态结构有何影响？
共混体系中聚合物间的工艺相容性越好，它们的分子链越容易相互扩散而达到均匀的混合，两相间的过渡区越宽，相界面越模糊，分散相微区尺寸越小。完全相容的体系，相界面消失，微区也随之消失而成为均相体系。两种聚合物间完全不相容的体系，聚合物之间相互扩散的倾向很小，相界面和明显，界面黏接力很差，甚至发生宏观的分层剥离现象。 什么是嵌段共聚物的微相分离？如何控制嵌段共聚物的微相分离结构？ 微相分离：由化学键相连接的不同链段间的相分离 控制溶剂、场诱导、特殊基底控制、嵌段分子量来控制 *简述聚合物合金界面层的特性及其在合金中所起的作用。 特性：1、两种分子链的分布是不均匀的，从相区到界面形成一浓度梯度；2、分子链比各自相区内排列松散，因而密度稍低于两相聚合的平均密度；3、界面层内易聚集更多的表面活性剂、其他添加剂、分子量较低的聚合物分子。 作用：力的传递效应；光学效应；诱导效应。 第三章 简述橡胶增韧塑料的形变机理及形变特点。 形变机理：银纹化和剪切带形变 特点：1、橡胶的存在有利于发生屈服形变；2、力学性能受形变机理影响 简述橡胶增韧塑料形变机理的研究方法及影响形变机理的因素。 定量研究：高精度的蠕变仪同时测定试样在张应力作用下的纵向和横向形变 影响因素：树脂基体；应力和应变速率；温度；橡胶含量；拉伸取向 简述橡胶增韧塑料的增韧机理，并列举实例加以说明。 多重银纹化增韧理论：在橡胶增韧的塑料中，由于橡胶粒子的存在，应力场不再是均匀的，橡胶粒子起着应力集中的作用。（脆性玻璃态高聚物受外力作用发生银纹形变时材料韧性很差） 银纹-剪切带增韧机理：银纹和剪切到之间存在着相互作用和协同作用。（ABS 拉伸过程中既有发白现象，又有细颈形成） 试比较橡胶增韧塑料和刚性粒子工程塑料的异同点。 1、增韧剂种类不同； 2、增韧的对象不同； 3、增韧剂含量对增韧效果的影响不同； 4、改善聚合物合金性能的效果不同； 5、增韧机理不同； 6、对两相界面黏结强度的要求是相同 第四章
(整理)聚合物的表征概述
精品文档 目录1 前言 0 2 表征方法 (1) 2.1 红外光谱法(IR) (1) 2.2 核磁共振法(NMR) (3) 2.3 热分析法 (3) 2.4 扫描电镜法 (5) 2.5 X-射线衍射法 (5) 2.6 原子力显微镜法 (6) 2.7 透射电镜法 (7) 3 聚合物表征的相关研究 (8) 4 结论 (8) 参考文献 (9)
精品文档 聚合物表征方法概述 摘要：介绍了常规的聚合物的表征方法，具体叙述了红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、核磁共振(NMR)等的原理、方法、特点、局限性及改进方法并展望了聚合物表征方法的发展趋势。 关键词: 聚合物表征方法 Summary of polymer characterization methods Abstrac t：The conventional polymer characterization methods were introduced in this paper. The principle, method, characteristics infrared spectra (IR), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and the nuclear magnetic resonance (NMR) have been described, the limitations, the improved method and the predicts the development trend of those polymer characterization methods have been summarized. Keyword：polymer characterization method 1 前言 功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料[1]。它们之所以具有特定的功能，是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团，或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之。功能高分子材料从20世纪50年代才初露端倪，到70年代方成为高分子学科的一个分支，目前正处于成长时期。它是在合成或天然高分子原有力学性能的基础上，再赋予传统使用性能以外的各种特定功能而制得的一类高分子[2]。一般在功能高分子的主链或侧链上具有显示某种功能的基团，其功能性的显示往往十分复杂，不仅决定于高分子链的化学结构、结构单元的序列分布、分子量及其分布、支化、立体结构等一级结构，还决定于高分子链的构象、高分子链在聚集时的高级结构等，后者对生物活性功能的显示更为重要[3]。
双金属核壳结构
双金属核壳结构的制备及催化性能研究 摘要双金属核壳纳米结构由于具有大量的潜在应用价值，近年来已引起人们极大的关注。本文综述了水相体系还原法、多元醇体系还原法、热分解—还原法、化学镀法、胶体粒子模板法、共沉积法、电化学法、表面取代反应和表面处理等双金属核壳纳米结构的制备方法，简述了各种方法的原理、优缺点和应用情况，另外，对双金属核壳纳米结构电催化氧化、有机物加氢、催化脱氯、环境催化方面的应用作了简述。最后，对今后双金属核壳结构型的研究方向进行了展望。 关键词双金属核壳制备方法催化 1 引言 在对高性能新材料的探索过程中，纳米材料以其特殊的优异性能吸引了许多研究者的兴趣，掀起了纳米材料的研究热潮。对应用纳米技术制备具有某种功能的特性的材料来说，有必要寻求可靠、可控的方法纳米材合成料的。核壳结构纳米材料[1](core-shell nanomaterials)是指具有“核壳包裹”这种特殊原子排列方式的纳米复合材料，可看作是对原始纳米粒子的剪裁和改造，通常记作“核@壳”。金属@金属(即核壳双金属)纳米材料因其巨大的催化应用潜力而受到催化学者的广泛关注。 2 双金属核壳结构制备方法 2.1水相体系还原法 在水相中，利用不同还原剂和保护剂，通过先后两次还原不同金属形成核壳结构的纳米合金，这是目前使用最多的一种合成方法。 Yang等[ 2 ]用NaBH4还原合成Ag溶胶,再利用柠檬酸钠溶液热回流使Pt还原并沉积在Ag表面,得到红棕色Ag@Pt溶胶。Zhou等[3 ]在冰浴下,利用NaBH4还原HAuCl4制成Au 纳米溶胶,再逐滴加入H2PdC l4和抗坏血酸,得到深棕色Au @ Pd纳米溶胶。 一般地，水相中连续还原时，壳层金属通常采用较温和的还原剂(如抗坏血酸)以控制还原速率，使其更易更好地实现包覆效果，有时采用冰浴等降温手段效果更好[ 4 ]。 2.2 多元醇体系还原法 多元醇还原法是合成单金属（尤其是贵金属）纳米粒子最简便有效的方法之一，该方法也被用于制备双金属核壳结构。具体方法是：利用液相多元醇体系(多为乙二醇或1, 4-丁二醇)分散金属盐，升温回流使金属离子被多元醇还原并聚集,最终形成金属纳米粒子。该方法制备的金属纳米粒子尺度小，粒度均一，且分散性好。由于制备条件温和，过程简单，多元醇体系中的连续还原法被广泛应用于核壳结构纳米合金的制备中。Alayoglu等[5]采用多元
高分子聚合物的表征方法及常用设备
高分子聚合物的表征方法及常用设备 1. X射线衍射 x射线的波长和晶体内部原子面之间的间距相近，晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即一束X射线照射到物体上时，受到物体中原子的散射，每个原子都产生散射波，这些波互相干涉，结果就产生衍射。衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。分析衍射结果，便可获得晶体结构。 主要部件包括4部分。 （1）高稳定度X射线源（2）样品及样品位置取向的调整机构系统样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。（3）射线检测器（4）衍射图的处理分析系统 2. 扫描电镜（SEM） 扫描电镜用电子束扫描聚合物表面或断面，在阴极射线管上（CRT）产生被测物表面的影像。对导电性样品，可用导电胶将其粘在铜或铝的样品座上，直接观察测量的表面；对绝缘性样品需要事先对其表面喷镀导电层（金、银或炭）。 当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时可产生电子-空穴对、晶格振动（声子)、电子振荡（等离子体）。 扫描电子显微镜由电子光学系统，信号收集及显示系统，真空系统及电源系统组成。 3. 透射电镜（TEM） 透射电镜的总体工作原理是：由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上；透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多；经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。本节将分别对各系统中的主要结构和原理予以介绍。 透射电镜可以用来表征聚合物内部结构的形貌。将待测聚合物样品分别用悬浮液法，喷物法，超声波分散法等均匀分散到样品支撑膜表面制膜；或用超薄切片机将高分子聚合物的固态样样品切成50nm薄的试样。把制备好的试样置于透射电子显微镜的样品托架上，用TEM可观察样品的结构。利用TEM可以观测高分子聚合物的晶体结构，形状，结晶相的分布。高分辨率的透射电子显微镜可以观察到高分子聚合物晶的晶体缺陷。TEM系统由以下几部分组成 电子枪：聚光镜：样品室：物镜：中间镜：透射镜：此外还有二级真空泵来对样品室抽真空、照相装置用以记录影像。 4. 原子力显微镜（AFM） 原子力显微镜使用微小探针扫描被测高分子聚合物的表面。当探针尖接近样品时，探针尖端受样品分子的范德华力推动产生变形。因分子种类、结构的不同，范德华力的大小也不同，探针在不同部位的变形量也随之变化，从而“观察”到聚合物表面的形貌。
核壳结构-摘要
随着科学技术的快速发展，人们对功能型器件的要求越来越高，多铁性材料由于同时具有铁磁性能和铁电性能，并且能够通过两者的耦合协同作用，赋予材料新的发展潜力使其在存储器、传感器、转换器等多功能电子器件中具有很大的应用价值。 目前具有多铁性的单相体系较少，比较理想的只有铁酸铋，但其铁电性和铁磁性非常弱，为了改善多铁性，本研究采用具有较好铁电性的钛酸钡和较好铁磁性的铁酸钴，将二者制备成核壳结构，以提高材料的多铁性。目前研究CoFe2O4/BaTiO3核壳结构多铁性材料的报道较少。本文将首先通过沉淀法和溶胶-凝胶法制备铁电相钛酸钡、化学共沉淀法制备铁磁相铁酸钴，然后在此基础上通过溶胶-凝胶法和表面沉积法以铁磁相为核、铁电相为壳合成出具有核壳结构的CoFe2O4/BaTiO3多铁性复合材料，利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)和铁电测试仪等手段研究材料的组分、微形貌、铁磁性和铁电性能。 采用沉淀法和溶胶-凝胶法制备BaTiO3，研究不同工艺条件对制备产物的影响。在沉淀法中，研究了反应温度、反应浓度、反应时间、加料方式和煅烧温度对产物的影响。由实验结果可知，随着反应温度的升高、反应浓度的增大，产物粒径都逐渐减小;随着反应时间的延长，颗粒粒径则逐渐增大;逐渐滴加钛酸丁酯醇溶液时，所得颗粒粒径较大，结晶度较好;随着煅烧温度的升高，颗粒粒径逐渐增大，纯度逐渐提高，在此基础上确定了实验的最佳条件:反应温度为85℃，反应浓度为1.0 mol/L，逐滴加入钛酸丁酯醇溶液，反应1.5h后干
燥的粉体在850℃下煅烧2h。在溶胶-凝胶法中，研究了pH值、反应温度、醇盐浓度和煅烧温度对产物的影响。由实验可知，随着pH值的增大，凝胶时间逐渐缩短，粉体粒径先减小后增大;随着温度的升高，凝胶时间逐渐缩短，粒径则逐渐增大;随着醇盐浓度的增大，凝胶时间逐渐缩短，粒径则先增大后减小;煅烧温度达到700℃时，可以得到纯度很高的钛酸钡粉体，温度继续升高，粒径增大，在此基础上确定了实验的最佳条件:pH值为4、反应温度为50℃左右、醇盐浓度为 1.0mol/L下制备出凝胶，700℃下将凝胶煅烧2h。 CoFe2O4是一种性能优良的软磁材料，其突出特点是具有较高的磁晶各向异性常数(室温下为2.7×105 J·m3)、较高的矫顽力（室温下达到3.4×105 A·m-1）、温和的磁饱和强度(72A·m2·kg-1)。本文采用共沉淀法制备出了铁酸钻粉体，研究了反应温度、反应时间、反应浓度、加料方式等条件对粉体粒径的影响。实验结果表明，随着温度的升高和反应时间的延长，产物的粒径逐渐增大;随着反应浓度的增大，粒径则逐渐减小;迅速倒入沉淀剂时得到的粉体粒径更小，在此基础上得到了制各CoFe2O4粉体的最佳实验条件:反应温度为80℃、反应30min、沉淀剂浓度为5 mol/L迅速倒入，可制得纯度很高的纳米级粉体。 在前面两部分的实验基础上，通过表面沉积法和溶胶-凝胶法制备核壳结构CoFe2O4/BaTiO3多铁性复合粉体。通过XRD分析，两种方法都能得到BaTiO3和CoFe2O4的复合相，且纯度很高。TEM表明两种方法制备的粉体都有团聚现象，颗粒粒径属于纳米级别，并初步
聚合物基复合材料的界面研究进展
大学研究生课程论文 题目聚合物基复合材料的界面研究进展成绩 专业材料工程 课程名称、代码1512011080405 年级 姓名学号 时间年月 任课教师
聚合物基复合材料的界面研究进展 【摘要】界面的好坏是直接影响复合材料性能的关键因素之一。当复合材料受到外力作用时，除增强材料和基体受力外，界面亦起着极其重要的作用。本文主要综述无机刚性粒子增强复合材料、无机纳米粒子增强复合材料、纤维增强复合材料、原位复合材料的界面特性及其改性方法，并简要介绍了各种复合材料的增强机理，界面相容性。 【关键词】聚合物；复合材料；综述；增强 1 前言 界面是复合材料极为重要的微观结构，它作为增强体与基体连接的“桥梁”，对复合材料的物理机械性能有至关重要的影响。复合材料一般是由增强相、基体相和它们的中间相(界面相)组成，它们各自都有其独特的结构、性能与作用，增强相主要起承载作用，基体相主要起连接增强相和传载作用，界面是增强相和基体相连接的桥梁，同时是应力的传递者[1]。目前对增强相和基体相的研究已取得了许多成果，但对作为复合材料三大微观结构之一的界面问题的研究却不够深入，其原因是测试界面的精细方法运用起来较困难，描述的理论尚不完整，尤其从力学的角度研究界面的性质、作用及其对复合材料力学性能的影响和破坏机理等方面的工作正在开展。界面的性质直接影响着复合材料的各项力学性能[2]，尤其是层间剪切、断裂、抗冲击等性能，因此随着复合材料科学和应用的发展，复合材料界面及其力学行为将越来越受到重视。 复合材料的强度、刚性及韧性是代表其物理机械性能的重要指标，对复合材料进行界面改性使两相界面具有合适的粘附力，形成一个相互作用匹配且能顺利传递应力的中间模量层，以提高聚合物基复合材料的力学性能一直是高分子材料科学的重要研究领域[3]。 2 无机刚性粒子增强聚合物基复合材料及其界面 无机刚性粒子增强聚合物是近年来研究的热点，它克服了以往用弹性体、热塑性树脂增韧聚合物时在韧性提高的同时刚性下降的缺点。常用的无机刚性粒子[4]有CaCO3、SiC、BaSO4、滑石、硅石灰、蒙脱土以及煤灰等。欧玉春[5]等提出刚性粒子增强增韧聚合物的界面结构模型，即在均匀分散的刚性粒子周围嵌入具有良好界面结合和一定厚度的柔性界面相，以便在材料经受破坏时能引发银纹，终止裂缝的扩展。在一定形态结构下它还可引发基体剪切屈服，从而消耗大量冲击能，又能较好地传递所承受的外应力，达到既增强又增韧的目的。 在PP/CaCO3复合体系中用酯酸类偶联剂在刚性粒子表面引入柔性或弹性界面层，降低
金钯核壳结构纳米结构制备
N,N-B i s(2-hydroxyethy l)-2-am i noethanesu lf on i c Ac i d-ass i sted L i qu i d-phase Growth o f Au@Pd Core-She ll Nanopart i c l es w i th H i gh Cata l yt i c Act i v i ty We i Zhang,Hu i p i ng Zhao,Zhong Lu,Fengx i Chen,*and Rong Chen* Schoo l o f Chem i stry and Env i ronmenta l Eng i neer i ng,Wuhan Inst i tute o f Techno l ogy,Wuhan430073,P.R.Ch i na (E-ma il:rchenhku@w i https://www.wendangku.net/doc/d114516182.html,,f xchen@w i https://www.wendangku.net/doc/d114516182.html,) Au@Pd core-she ll nanopart i c l es were success f u ll y synthes i zed v i a sequent i a l reduct i on o f Au(III)and Pd(II)sa l ts w i th BES at room temperature.The Au@Pd nanopart i c l es exh i b i ted s i gn i?cant l y h i gher cata l yt i c act i v i ty f or var i ous Suzuk i react i ons than monometa lli c Pd or Au nanopart i c l es.S i ze-dependent cata l yt i c act i v i ty was a l so observed,i.e., the Au@Pd nanopart i c l es o f<10nm showed h i gher act i v i ty. REPRINTED FROM Vol.44No.102015p.1371–1373 CMLTAG October5,2015 The Chemical Society of Japan
高分子聚合物的表征方法及常用设备
高分子聚合物的表征方法及常用设备 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
高分子聚合物的表征方法及常用设备 1.X射线衍射 x射线的波长和晶体内部原子面之间的间距相近，晶体可以作为X射线的空间衍射光栅，即一束X射线照射到物体上时，受到物体中原子的散射，每个原子都产生散射波，这些波互相干涉，结果就产生衍射。衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，在其他方向上减弱。分析衍射结果，便可获得晶体结构。 主要部件包括4部分。 （1）高稳定度X射线源（2）样品及样品位置取向的调整机构系统样品须是单晶、粉末、多晶或微晶的固体块。（3）射线检测器（4）衍射图的处理分析系统 2.扫描电镜（SEM） 扫描电镜用电子束扫描聚合物表面或断面，在阴极射线管上（CRT）产生被测物表面的影像。对导电性样品，可用导电胶将其粘在铜或铝的样品座上，直接观察测量的表面；对绝缘性样品需要事先对其表面喷镀导电层（金、银或炭）。 当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时可产生电子-空穴对、晶格振动（声子)、电子振荡（等离子体）。 扫描电子显微镜由电子光学系统，信号收集及显示系统，真空系统及电源系统组成。 3.透射电镜（TEM） 透射电镜的总体工作原理是：由电子枪发射出来的电子束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上；透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多；经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。本节将分别对各系统中的主要结构和原理予以介绍。 透射电镜可以用来表征聚合物内部结构的形貌。将待测聚合物样品分别用悬浮液法，喷物法，超声波分散法等均匀分散到样品支撑膜表面制膜；或用超薄切片机将高分子聚合物的固态样样品切成50nm薄的试样。把制备好的试样置于透射电子显微镜的样品托架上，用TEM可观察样品的结构。利用TEM可以观测高分子聚合物的晶体结构，形状，结晶相的分布。高分辨率的透射电子显微镜可以观察到高分子聚合物晶的晶体缺陷。 TEM系统由以下几部分组成 电子枪：聚光镜：样品室：物镜：中间镜：透射镜：此外还有二级真空泵来对样品室抽真空、照相装置用以记录影像。
综述 聚合物结晶结构的表征
聚合物结晶度的表征 摘要：结晶度是表征聚合物的重要研究内容，聚合物的一些物理性能和机械性能与其结晶度有着密切的关系。过去的研究主要集中在聚烯烃、纤维、淀粉类物质结晶度的测量。本文着重综述了不同方法测量聚烯烃，纤维素，淀粉类物质的结晶度，并对不同方法进行比较和分析，总结出每类物质最适宜的表征结晶度的方法。 关键词：结晶度聚烯烃纤维素淀粉 前言：目前测定结晶度的方法有很多，有DSC测定法，密度测定法，X-射线衍射法，红外测定法等。目前。前三种方法是比较成熟和常用的[1]。目前，测定淀粉的结晶度最常用的是X-射线衍射法[2]，侯斌等人[3]在“聚丙烯结晶度测试方法的对比分析”一文中采用DSC 法、X-射线衍射法、密度法测量聚丙烯的结晶度，其中在表征不同种类的pp的结晶度差异方面，DSC法最灵敏，其次是X-射线衍射法，密度法最差。纤维素结晶度的测定方法较多，马晓娟等人[4]采用X- 射线衍射法、红外光谱法、核磁共振法对纤维素的测定进行了研究，王妮等人[5]对差示扫描量热法（DSC）、X-射线衍射法、密度梯度法测量涤纶纤维结晶度进行了比较研究,杨淑敏等人[6]利用X-射线衍射法测定竹纤维的结晶度。张本山[7]等人采用X-射线衍射法对淀粉多晶体系结晶度的测定进行了研究，徐斌等人[8]对粉末X射线衍射图谱计算植物淀粉结晶度的方法进行了探讨。 正文：不同方法测量结晶度的原理不同，导致其测得的数值也不尽
相同。 1、测量聚烯烃类聚合物的结晶度 在“聚丙烯结晶度测试方法的对比分析”一文中，作者选用了三个不同种类的聚丙烯（PP）最为对象，即：均聚PP（T30S），乙烯-丙烯嵌段共聚PP（EPS30R），乙烯-丙烯无规共聚PP（PPR）。分别用DSC法、X-射线衍射法、密度法对它们的结晶度进行了测试分析。通过比较，为了便于直观的比较，作者将三种方法的数据绘制成 图1： 1 从图中我们可以得出结论，T30S的结晶度最高，EPS30R次之，PPR 最低，这与事实相符合。因此，作为相对比较，可根据所持实验设备，采用任何一种方法测试聚合物的结晶度，但是从图三中各曲线的走势，表征不同种类PP结晶度的差异方面，DSC法最灵敏，其次是WAXD法，密度法最差。 在王燕来[9]采用密度法测定聚丙烯结晶度的实验研究中，作者将采用密度法和X-射线衍射法测量聚丙烯的数据做对比如下表2：