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聚合物修饰钛酸钡粒子的制备及其电场响应性能研究

作　者: 李丽
导　师: 高玲香
学　校: 陕西师范大学
专　业: 无机化学
关键词: 核壳结构 钛酸钡/聚合物 复合粒子 电场响应性能
分类号: TM201.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


电流变弹性体具有结构稳定、性能可控等电流变特性,在智能材料、软物质、流变学以及超材料等研究领域被广泛关注。BaTiO3等无机化合物电流变材料具有较高的介电常数,被认为是电流变弹性体分散相材料的最佳选择之一,也为制备高性能的电流变材料提供了基础,但其较低的电场响应性能影响了其应用研究。为了提高BaTiO3颗粒在含水弹性体中的电场响应性能,本论文利用生物高分子聚合物与BaTiO3粒子相结合,对BaTiO3进行修饰。以单分散的纳米BaTiO3,明胶(Gelatin)和明胶-壳聚糖(Gelatin-Chitosan)微球为基础,采用微乳液聚合法和自组装沉积法成功制备了BaTiO3/Agar、BaTiO3/Gelatin. BaTiO3/Gelatin-Chitosan、 Gelatin/BaTiO3和Gelatin-Chitosan/BaTiO3五种具有核壳结构的复合粒子。利用TEM、SEM、FT-IR、XRD、TG和光学接触角测量等手段对粒子的组成、微结构及表面亲水性能进行了表征和测量。结果表明,复合粒子粒径均小于1μm,核、壳组分之间是通过化学键链接的；在整个制备过程中,BaTiO3粒子始终保持立方相结构不变；且复合粒子表面均保持良好的亲水性。借助介电测量分析仪和动态粘弹谱仪分别对复合粒子的介电性能和粒子在明胶/甘油含水弹性体中的电场响应性能进行了对比研究。结果表明：具有核壳结构的BaTiO3/Agar、BaTiO3/Gelatin、BaTiO3/Gelatin-Chitosan、Gelatin-Chitosan/BaTiO3和Gelatin/BaTiO3复合粒子的介电常数均比纯BaTiO3粒子的小,但是,高分子聚合物的使用有效地改善了BaTiO3粒子与弹性体凝胶网络基体之间的相容性,促进了BaTiO3粒子在明胶/甘油含水弹性体中的均匀分散,使复合粒子在明胶／甘油含水弹性体中的电场响应性能均明显强于纯BaTi03粒子,而且Gelatin-Chitosan/BaTiO3复合粒子粒的响应性能最强。五种复合粒子电场响应性能大小依次为：Gelatin-Chitosan/BaTiO3>Gelatin/BaTiO3>BaTiO3/Agar>BaTiO3/Gelatin-Chitosan> BaTiO3/Gelatin>BaTiO3。结果说明,BaTiO3/Polymer复合粒子的制备,明显提高了BaTiO3粒子的电场响应性能。该结果为BaTiO3/Polymer核壳结构复合微粒在电流变材料方面提供了新的应用前景,为制备具有优越性能的电流变弹性体提供了一种新方法。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-24
  1.1 钛酸钡材料的介绍  8-10
    1.1.1 钛酸钡材料的应用  8-9
    1.1.2 钛酸钡材料的发展现状  9-10
  1.2 钛酸钡粒子的改性  10-17
    1.2.1 钛酸钡粒子的掺杂改性  10-12
      1.2.1.1 掺杂类型  10-11
      1.2.1.2 掺杂方法  11-12
    1.2.2 钛酸钡粒子的表面改性  12-17
      1.2.2.1 表面改性类型  13-16
      1.2.2.2 表面改性方法  16-17
  1.3 电流变材料  17-22
    1.3.1 电流变材料的分类  18-19
    1.3.2 电流变效应的影响因素及机理  19-20
    1.3.3 电流变材料的应用  20
    1.3.4 电流变弹性体简介  20-22
  1.4 本论文的主要工作设计  22-24
    1.4.1 研究意义  22
    1.4.2 主要研究工作  22-23
    1.4.3 本论文的创新点  23-24
第2章 钛酸钡/聚合物核壳复合粒子的制备与表征  24-34
  2.1 引言  24-25
  2.2 实验部分  25-27
    2.2.1 化学试剂与主要仪器  25-26
    2.2.2 钛酸钡/聚合物核壳复合粒子的制备  26-27
  2.3 结果与讨论  27-32
    2.3.1 钛酸钡/聚合物复合粒子的形貌分析  27-28
    2.3.2 钛酸钡/聚合物复合粒子的X射线衍射分析  28-29
    2.3.3 钛酸钡/聚合物复合粒子的红外吸收光谱分析  29-30
    2.3.4 钛酸钡/聚合物复合粒子的表面亲水性分析  30
    2.3.5 钛酸钡/聚合物复合粒子的热重分析  30-31
    2.3.6 钛酸钡/聚合物复合粒子的介电分析  31-32
  2.4 本章小结  32-34
第3章 聚合物/钛酸钡核壳复合粒子的制备与表征  34-48
  3.1 引言  34-35
  3.2 实验部分  35-37
    3.2.1 化学试剂与主要仪器  35
    3.2.2 聚合物纳米微球的制备  35-36
    3.2.3 聚合物/钛酸钡核壳复合粒子的制备  36-37
  3.3 结果与讨论  37-46
    3.3.1 反应条件对明胶微球粒径的影响  37-40
    3.3.2 聚合物/钛酸钡复合粒子的形貌分析  40-42
    3.3.3 聚合物/钛酸钡复合粒子的X射线衍射分析  42-43
    3.3.4 聚合物/钛酸钡复合粒子的红外吸收光谱分析  43-44
    3.3.5 聚合物/钛酸钡复合粒子的表面亲水性分析  44
    3.3.6 聚合物/钛酸钡复合粒子的热重分析  44-45
    3.3.7 聚合物/钛酸钡复合粒子的介电分析  45-46
  3.4 本章小结  46-48
第4章 粒子在含水弹性体中的电场响应性能分析比较  48-58
  4.1 引言  48-49
  4.2 实验部分  49-50
    4.2.1 化学试剂与主要仪器  49
    4.2.2 复合粒子/明胶/甘油含水弹性体的制备  49-50
  4.3 结果与讨论  50-56
    4.3.1 钛酸钡/聚合物核壳复合粒子的电场响应性能研究  50-52
    4.3.2 聚合物/钛酸钡核壳复合粒子的电场响应性能研究  52-54
    4.3.3 两类核壳复合粒子电场响应性能的比较  54-56
  4.4 本章小结  56-58
总结  58-60
参考文献  60-68
致谢  68-70
攻读硕士期间成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工材料 > 一般性问题 > 理论 > 材料性能
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