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有机无机复合光功能材料随着信息技术的发展在近十年来取得了很大的发展,受到国际学术界的广泛关注。溶胶凝胶法作为一种低温合成方法由于其独特的优点在有机/无机复合得到了广泛的应用。 本文综述了溶胶凝胶技术中制备工艺对材料微结构的影响。应用凝胶色谱,BET和红外光谱等综合实验手段,系统研究了pH值、水硅比(Ro)和有机改性对正硅酸乙脂(TEOS)水解聚合进程、SiO:凝胶形成与孔结构的影响规律和控制方法。着重研究探讨了水解聚合速度及其相对大小对溶胶平均分子量分布和聚合方式的影响及其与凝胶颗粒分布和结构的关联;有机改性对凝胶孔结构的作用和机理等,获得了一批有价值的研究结果,为制备结构可控的无机基质材料提供了理论依据和工艺控制原则。 研究了pH=2.0-4.5范围内pH值对SiO:凝胶孔结构的影响规律。结果表明,当pH=2.0-2.9时,因水解速度远大于聚合速度,反应初期呈链状低聚合物为主,但随反应时间增加,链型聚合增加,使链状聚合物向二、三维网络发展,胶粒长大,导致形成孔径分布分别为6A和40A两个最可几分布。同时,凝胶孔容和比表面积增加,逐渐从微孔向中孔结构演变。当pH=3.0-4.5时,因水解速度迅速降低,聚合速度增高,平均分子量增大,主要呈较高聚合度的长链状聚合分子,胶粒尺寸增大,但分布弥散,无明显可几分布,故6A和40A处最可几分布消失,凝胶孔容和比表面积急剧下降,由中孔材料转变为非孔材料。因此,合理控制pH值可以对SiO:凝胶孔径从微孔向中孔以及非孔结构进行调节。 研究了水硅比在Ro=1-6范围内对凝胶结构的影响。结果表明,水硅比主要是通过改变体系中TEOS和H2O的浓度和水解反应速率参数对凝胶结构起作用的。在pH当Ro《2时,水解聚合速度很小,凝胶孔容和比表面积极小,呈微孔结构。随Ro增加,平均分子量增加,聚合度和凝胶尺寸增加,孔容和比表面积迅速增加,Ro=2时比表面积达最大,并呈现明显的微孔和中孔可几分布。随着Ro的继续增加,孔容和可几分布峰增加,并出现若干孔径较小的中孔可几分布。因此合理控制水硅比是调节控制SiO:凝胶孔结构的又一个有效的技术途径。 研究了甲基、乙基及乙烯基改性硅醇盐(分别简称:MTES、ETES和VTES) — —Xa——对水解聚合和凝胶结构的影响规律.发现,有机改性基团主要是通过影响硅醇盐水解聚合速度而对凝胶形成与结构起作用的.改性基的作用主要取决于其电负性和基团尺寸大小,电负性愈大,硅醇盐水解聚合速度越大;基团尺寸愈大,硅醇盐水解聚合速度愈慢. 凝胶热处理过程中凝胶的微孔和中孔结构由于深度水解聚合,有机溶剂的脱除及凝胶颗粒的调整发生了规律性的变化。通过凝肢的玻璃化,材料的微孔变少,中孔结构得到完善,从而为有机发光材料提供了更好的环境. 在凝胶的形成过程中加入有机高分子MMA对先驱体的水解聚合过程几乎没有影响。它们在最终的凝胶中处于由凝胶颗粒堆积成的中孔结构中,这样增加了凝胶颗粒之问的连接从而提高了凝胶的韧性。有机染料分子加入后凝胶的微孔结构也没有改变,它们占据的位置也是凝胶颗粒之问的中孔。这种孔隙根据模型具有细颈广体的“墨水瓶”状的孔结构,对有机染料有很好的保护作用。 上述研究结构将为我们在溶胶凝胶工艺中选择合适的条件来制备我们所需结构的材料提供理论依据.我们可以通过选择先驱液的叫值,水硅比,先驱体类型以及通过加入有机高分子和对凝胶进行适当的热处理来调节和改善无机凝胶基质的微结构。这将为我们制备性能更优越的有机无机复合光功能材料提供很好的基础,具有重要的研究意义和应用价值。