基本信息
- 項目名稱：
- 導電導磁雙功能復合微球及中空微球的制備
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 采用具有核-殼結構的磺化聚苯乙烯模板微球制備了Fe3O4-PANI/PS導電導磁多功能復合微球及其相應的中空微球，所制備的磁性中空微球表現出了超順磁行為。導電導磁多功能微球與中空微球在藥物可控釋放、電磁材料、水處理、催化、人造細胞、輕質填料、光子晶體、生物物質分離等領域具有重要的應用價值。
- 詳細介紹：
- 采用模板法制備粒徑均一的核殼結構Fe3O4-PANI－PS復合微球及其衍生的中空微球。復合微球的殼層是具有導電性的聚苯胺和磁性Fe3O4，調節(jié)聚苯胺或Fe3O4的含量可以調節(jié)復合微球或中空微球的導電性或磁性。此外，通過模板微球的自組裝可以獲得排列有序的復合微球或中空微球，這是其它制備方法難以達到的。 制備過程中，微球空腔大小和殼厚度可通過控制聚苯乙烯模板磺化時間來同步控制。當時間減至1小時時微球殼厚度是20 nm，增至4小時時厚度為86 nm。更重要的是，在無需添加另外的摻雜劑的情況下便可將可導電的聚苯胺復合上去，使復合微球表現出了良好的導電性，所制備的磁性中空微球表現出了超順磁行為。這樣的特性正好為所制備微球及其空腔的應用提供了可能性。此外，通過自組裝成功制備了有序排列的微球。 這種模板制備法簡單又有效，還可以拓展到制備其他具有各種各樣成分的復合中空微球，擴大應用空間。導電導磁多功能微球與中空微球在很多領域都有可能應用，特別是在電學、可控傳輸和微波吸收方面具有廣闊的應用前景。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- (1) 目的:采用模板法制備具有導電導磁多功能的、有機-無機雜化的復合微球及其衍生的中空微球，并對其應用進行初步探索。 (2) 思路：基于磺化聚苯乙烯微球磺化層的親水性，殼層可以根據需要選擇磁性組分，磺酸根能現場摻雜聚苯胺，從而合成具有導電導磁功能的復合微球；進一步采用溶劑抽提或煅燒除核，得到相應的中空微球。
科學性、先進性及獨特之處
- （1）制備過程中，微球空腔大小和殼厚度可通過控制聚苯乙烯模板磺化時間來同步控制。 （2）在無需添加另外的摻雜劑的情況下便可將可導電的聚苯胺復合上去，所制備的微球同時具有導電和導磁雙功能。 （3）該方法制備的復合/中空微球可以通過自組裝形成有序的光子晶體結構。
應用價值和現實意義
- （1）聚苯胺是導電高分子領域最具應用價值的品種，兼有金屬的導電性和塑料的可加工性，可廣泛應用于電子學、船舶工業(yè)、石油化工、國防等諸多領域。 （2）順磁性的四氧化三鐵納米顆粒，在水處理、催化劑和磁流體等方面顯示出了很多特殊功能。 （3）該類微球具有極大的表面積，易于吸附污染物，在水處理中具有很高的應用價值。在處理海水時，濁度去除率達到95%以上。
學術論文摘要
- 本文系統(tǒng)地開展了導電導磁Fe3O4-聚苯胺（PANI）復合微球的制備、表征及應用前景等方面的研究工作，內容涉及磺化聚苯乙烯模板微球、聚苯胺/聚苯乙烯復合微球、導電導磁Fe3O4-PANI/PS復合微球、中空微球的制備和產品表征及性能測試。首先采用模板法制備出了以Fe3O4-PANI為殼，聚苯乙烯（PS）為核的核殼結構多功能復合微球。然后對該復合微球采用溶劑抽提溶解去除PS核得到Fe3O4-PANI導電導磁雙功能中空復合微球，采用煅燒法去除PANI和PS成分，得到磁性Fe3O4無機物中空微球。中空微球空腔尺寸大小一致，約為190 nm，殼層厚度約30 nm。通過控制PS模板微球的磺化時間來同步控制微球空腔大小和微球殼層厚度。當磺化時間控制在1-4小時，得到的微球的殼厚度范圍在20-86 nm。根據模板微球的有序自組裝可以相應得到有序多功能復合微球及其中空微球。最后采用掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡，傅里葉紅外光譜和多晶X射線衍射對所制得的微球進行了表征。由于聚苯胺摻雜硫酸而具有良好的導電性，Fe3O4-PANI/PS復合微球和中空Fe3O4微球都顯示出超順磁性。該系列復合/中空微球在藥物可控釋放、水處理、催化、人造細胞、輕質填料、光子晶體、生物物質分離等方面具有重要的應用價值。
獲獎情況
- 無
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [1] 王銳，訾學紅，劉立成，戴洪興，何洪. 核殼結構雙金屬納米粒子的研究與應用，化學進展 2010年 Z1期 31-36. [2] 李群艷，婁載亮，王志宏，解林艷，韋奇，聶祚仁. 單分散α-Fe2O3納米結構空心亞微球的制備及表征，高等學?；瘜W學報 2010年 06期 1098-1102. [3] Caruso F. Hollow capsule processing through colloidal templating and self-assembly. Chem Eur J (2000) 6:413–419. [4] 皮科武. 磁效應在水處理中的應用研究. 環(huán)境科學與技術, (2003) 26 ( S1): 66-70. [5] 賈亮, 李真, 賈紹義. 磁化技術在工業(yè)水處理中的應用. 化學工業(yè)與工程, (2006) 23: 55-59.
同類課題研究水平概述
- 核殼結構的粒子和中空微球在催化、光學、電學、藥物傳輸、生物傳感等方面具有重要的應用前景。膠體粒子層層組裝法被證明是制備尺寸均一的核殼微粒和中空微球的最有效的方法。越來越多的興趣聚焦在核殼粒子的制備和研究中，主要是因為這些微粒具有新的、可以相互組合而加強的性能，比如導電性、磁性、力學性能、催化和光學性能等與此同時，多功能的微米或納米級導電聚合物是材料科學重要的研究領域。導電聚合物因為具有良好的電學特性（從絕緣體到金屬的可調導電性能）、力學性能和聚合物可加工優(yōu)點而得到了科學界特別的關注。在導電聚合物中，聚苯胺因其特殊的質子酸摻雜性、良好的氧化還原性和環(huán)境穩(wěn)定性、較高的摻雜導電率、易于大量生產和成本相對低廉，而引起了廣泛的關注，被認為是最有實際商業(yè)應用前景的導電高分子之一。而另一方面，磁性納米粒子在電學、光電子學、自旋電子學裝置領域的應用也吸引了越來越多的關注。 通過將導電聚合物和磁性納米粒子的復合可得到帶有磁性的導電聚合物。BZ Tang等人合成了具有高的導電性和磁性能的γ-Fe2O3-聚苯胺納米膜。萬梅香等人在含有FeCl3和FeCl2的溶液中合成聚苯胺，然后將反應液倒入NaOH溶液中，合成出Fe3O4-聚苯胺復合物。Y Peng 等人通過原位聚合的方法，合成了Fe3O4-聚苯胺核殼結構納米粒子，聚苯胺在Fe3O4納米粒子表面均勻包覆。 盡管許多研究者采用納米磁性粒子包覆高聚物的方法成功構建了許多磁性復合粒子，然而，制備同時具有磁性粒子和導電高聚物的復合粒子依然是該領域最讓人感興趣也是最有挑戰(zhàn)性的工作。迄今為止，尚未見到成功制備出尺寸均一的、同時具有導電性和磁性的微球（或中空微球）的報道。
