外加气流法制备宏观取向介孔聚合物薄膜及介孔碳薄膜

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pengqiuyu1990
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有序介孔薄膜由于比表面积大,结构规则,介孔大小可调等特点以及能够用作理想的寄主材料,故在主客体化学,气体传感器,分子设计,吸附与分离,光电器件等多个领域有极大的应用潜能,近年来引起了广大研究者的关注。由于传统制备方法得到的介孔薄膜内部孔道呈长程无序排列,因此极大地限制了介孔薄膜在各种器件中的应用。怎样控制介孔薄膜内部的介孔孔道在宏观上取向排布是科学家们一直在关注和研究的课题方向。虽然已经存在多种制备宏观取向介孔薄膜的方法,但是这些方法大多依赖于特殊基底或者复杂的设备,制作过程复杂,产出率较低,无法大批量制备。另外,现阶段的取向介孔薄膜的研究多集中于介孔二氧化硅薄膜,由于二氧化硅的绝缘性,使取向介孔薄膜的应用性受到阻碍,如果用碳材料替换二氧化硅制备介孔薄膜,将极大的改善取向薄膜的应用性。然而,由于有机前驱液中,碳源与模板剂之间的相互作用力较弱,同时薄膜材料在高温碳化过程中,介孔结构极易坍塌,因此关于取向介孔碳薄膜的制备很少被报导。如果我们能够用一种操作简便,所需设备简单的方法制备出取向的介孔碳薄膜,那该方法必定是取向介孔薄膜研究中的一项重大进步。本文创新和主要内容如下所示:  1.首先利用热气流法成功制备了宏观取向的介孔酚醛树脂薄膜,其中薄膜的介孔孔道沿着气流作用的方向平行于基底排列。介孔薄膜的宏观取向程度与气流大小及前驱液中乙醇的用量有关。随着煅烧温度的不同,介孔聚合物薄膜的骨架材料逐渐发生变化;同时,介孔孔道大小也发生变化。  2.在制备宏观取向聚合物薄膜的基础上,我们通过改善薄膜的骨架刚性,提升了薄膜的耐高温性能,解决了介孔高温坍塌的问题,成功制备得到了取向介孔碳薄膜。研究了前驱液浓度对薄膜骨架刚性的影响。对制备得到的介孔碳薄膜进行GISAXS,多向XRD表征,比较不同煅烧温度下介孔薄膜的取向程度。对气流法制备宏观取向介孔薄膜提出了原理推测:热气流导致乙醇的快速挥发,使在剪切力作用下宏观取向的棒状胶束的有序结构被固定下来,从而得到取向介相薄膜。  3.通过溶剂萃取法将模板剂 P123从介相薄膜中萃取出来,得到取向介孔酚醛树脂薄膜。同时利用萃取法将染料分子罗丹明B引入到薄膜的介孔孔道中去,得到具有荧光偏振特性的介孔复合薄膜,且薄膜的荧光偏振特性随着前驱液浓度的降低,荧光偏振强度增大。
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