阐述电场纳米二氧化钛与其复合材料制备和性能一般

摘要：作为一种性能优越的半导体材料,纳米二氧化钛(TiO2)在光催化、颜料、化妆品、光电转换、气敏元件及光致变色器件等领域的运用及其重要,由此,对TiO2晶体结构,颗粒尺寸以及形貌的可制约备也就显得举足轻重。聚合物基纳米二氧化钛复合材料因兼具二氧化钛的功能性和有机材料的可设计性、易加工性而备受人们关注。将纳米二氧化钛与聚合物基体进行复合,这也是实现纳米二氧化钛实际运用的重要途径之一。基于上面陈述的探讨背景和进展走势,本论文以在非耐高温型基材表面复合结晶态纳米二氧化钛为目标,围绕纳米二氧化钛的制约合成,尤其是对性能有决定性作用的晶体结构的制约,以及其聚合物基复合材料的性能,在以下五个方面开展了工作：(1)聚乙烯醇作用下纳米TiO2的制备与结晶制约以聚乙烯醇为添加剂,通过水热处理过氧钛酸溶液制备结晶性良好的TiO2颗粒和具有优良分散稳定性的TiO2水悬浮液。通过转变溶液pH、PVA添加量、PVA分子量等考察实验条件对TiO2的晶体结构,形貌以及粒径分布的影响。低pH溶液有利于金红石TiO2的生成,而同等情况下,PVA的添加可以诱导金红石结构向锐钛矿结构的转变。弱酸、中性及碱性溶液条件时,TiO2的晶体结构不受PVA的影响。溶液pH通过影响PVA在TiO2颗粒表面的吸附量而使得TiO2在水悬浮液中体现不同的形态。(2) PMMA基纳米TiO2薄膜的制备与表征以TiOSO4酸性水溶液为前驱物,尿素为沉淀剂,采取液相沉积法在PMMA表面制备TiO2薄膜。通过考察沉积历程中溶液pH随时间的变化,对不同条件下PMMA基体表面TiO2膜层的形貌差别进行浅析,发现尿素添加量增大能够加速TiO2膜的形成,但添加量过高则影响TiO2的膜厚。直接制得的PMMA基纳米TiO2薄膜复合物因TiO2结晶度不高而对橙的光催化降解速率偏低。利用微波辐照则可以一定程度上提升PMMA表面TiO2的结晶度,加速其对橙的光催化降解速率。(3)低温条件下TiO2纳米棒的制备及晶体结构调控探讨介绍了一种在低于100℃的温度范围内制备结晶态TiO2纳米棒的策略,此策略无需任何添加剂和表面活性剂。纯金红石型TiO2和纯锐钛矿型TiO2分别在75℃,80℃时生成。TiO2各种晶相的形成依赖于反应温度和反应物浓度条件,低反应温度和反应物浓度有利于金红石相的形成,而高反应物浓度和反应温度则倾向于产生锐钛矿和板钛矿相。反应温度和浓度对产物晶体结构的影响可以通过它们对反应速率的影响来解释。此策略可以用于在非耐高温基材表面沉积二氧化钛,制备具有紫外线屏蔽或光催化降解功能的有机/无机复合功能材料。(4)聚丙烯腈基碳纤维表面纳米TiO2的制备及光催化性能探讨以钛酸四丁酯为钛源,通过沉淀,胶溶,再沉淀的策略在聚丙烯腈基碳纤维表面低温负载具有不同晶体结构的纳米TiO2层。负载有不同晶体结构TiO2的碳纤维在紫外区均有吸收响应,但对紫外光催化降解橙体现出不同的降解速率。由锐钛矿/金给石组成的混晶型二氧化钛体现出最佳的光催化降解效果,在酸性条件下,其催化降解速率得到进一步提升。制得的碳纤维负载二氧化钛可以方便地重复运用于光催化降解历程,在连续降解运用中具有一定的价值。(5)电场诱导下PMMA/纳米TiO2复合材料的制备及性能探讨利用二氧化钛对电场刺激的响应性,在PMMA浇铸聚合成型历程中,通过施加外电场诱导棒状纳米Ti02极化取向,制备具有Ti02定向排列结构的PMMA基复合材料。棒状Ti02在PMMA基体中取向分布程度随场强的增大变得显著。电场对Ti02棒的诱导取向可以降低其在PMMA基体中对光的散射作用,提升入射光在平行于电场方向上的透过率。外电场诱导Ti02棒在PMMA基体中的取向同样有利于提升PMMA/TiO2复合物在平行于电场方向上的介电常数。关键词：纳米二氧化钛论文聚合物基复合材料论文结晶制约论文光催化论文电场诱导论文

摘要2-5

Abstract5-8

目录8-12

第一章 绪论12-46

1.1 纳米二氧化钛13-22

1.1.1 纳米二氧化钛基本性质13-14

1.1.2 纳米二氧化钛的制备策略14-22

1.2 聚合物基无机纳米复合材料22-33

1.2.1 聚合物基纳米复合材料22-23

1.2.2 聚合物基无机纳米复合材料的制备策略及结构23-24

1.2.3 聚合物基无机纳米复合材料的结构与性能24-30

1.2.3.1 纳米粒子随机分布结构与性能25-28

1.2.3.2 纳米粒子有序或定向分布结构与性能28-30

1.2.4 聚合物基无机纳米复合材料有序结构的构建策略30-33

1.3 聚合物基纳米二氧化钛复合材料33-39

1.3.1 聚合物基纳米二氧化钛复合材料的制备和性能33-36

1.3.2 聚合物基体表面纳米二氧化钛的制备及性能36-39

1.4 本论文的探讨目的、主要内容和革新点39-41

-113

5.4.2 碳纤维表面纳米TiO_2的形貌113-115

5.4.3 负载于碳纤维表面TiO_2的晶体结构115-116

5.4.4 碳纤维负载TiO_2的紫外-可见吸收谱116-118

5.4.5 碳纤维负载TiO_2对橙的催化降解118-120

5.4.6 酸性条件下碳纤维负载TiO_2的催化降解120

5.4.7 碳纤维负载TiO_2的重复利用探讨120-122

5.5 小结122-123