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本论文工作利用纤维素衍生物胆甾液晶体系独特的结构和性质,结合各种技术方法,制备了具有特定功能的薄膜材料、复合材料和纳米结构材料。主要研究内容和结果如下:
辐照梯度光聚合制备(E-CE)C液晶有序结构复合膜
通过辐照梯度光固化方法,制备了具有有序条带阵列的乙基氰乙基纤维素[(E-CE)C]/聚丙烯酸(PAA)胆甾液晶复合膜。研究了辐照梯度和溶液中(E-CE)C浓度(即胆甾液晶相含量)对形成条带织构的影响。研究结果表明:辐照梯度光聚合过程中产生的聚合速率梯度和聚合前溶液中的胆甾液晶相结构是形成条带织构的主要原因。复合膜中条带织构的明显程度和复合膜的取向度随着溶液中(E-CE)C浓度的增大而先增大后减小,当(E-CE)C浓度接近临界浓度C2时达到最大。利用这一光聚合诱发液晶高分子链取向的原理,通过改变辐照梯度模式制备了具有各种有序图案的(E-CE)C/PAA液晶复合膜。
(E-CE)C液晶体系中CdS量子点及其阵列的制备
利用辐照梯度光聚合和原位合成的方法制备了大面积的含有硫化镉(CdS)量子点(QDs)有序阵列的(E-CE)C胆甾液晶复合膜。首先,通过原位合成方法在(E-CE)C/PMA胆甾液晶复合膜中制备了CdS QDs,并通过改变体系中交联剂的含量对所合成的CdS QDs的尺寸及荧光发射波长进行了调节。体系中交联剂的含量越高,所合成的量子点的尺寸越小,荧光发射波长越短。同时研究还发现CdS QDs在纳米尺度随体系中相结构的变化而聚集成不同的形态。最后,利用掩模光聚合方法制备了大面积的,同时具有偏振性和荧光特性的有序阵列复合膜,并对阵列的形成机理进行了探讨。
组分和形貌可控制备一维CdS/Cd(OH)2纳米材料
通过超声化学方法,以烧结(E-CE)C/PMA/CdS QDs液晶复合膜得到的超细CdS/CdO纳米颗粒为原料,在不含任何助剂的纯水介质中制备了高长径比的CdS/Cd(OH)2纳米线。对纳米线的组成和结构进行了研究,结果表明纳米线是由Cd(OH)2包裹CdS QDs形成的,并且纳米线中的CdS QDs保持了其荧光特性。通过调节烧结时间可以得到不同CdS含量的CdS/CdO纳米颗粒,进而可以调控纳米线中CdS QDs的含量;通过改变超声波处理介质中水和乙醇的比例可以调控纳米线的形貌和尺寸。该方法还可扩展用于其它多组分(如Au/CdS/Cd(OH)2等)纳米结构材料的制备。
以(E-CE)C液晶结构为模板制备SiO2多孔材料
通过在(E-CE)C/Ac胆甾液晶体系中引入可发生光聚合反应的硅氧烷前驱单体,并利用光聚合-热处理的方法,在无水体系中制备了同时具有层状介孔和网络大孔结构的SiO2分级多孔材料。研究了预烧结时间和体系中胆甾液晶相含量对所制备的SiO2分级多孔材料的微观形貌、孔结构和吸附性能的影响。结果表明,体系中胆甾液晶相含量越高,SiO2材料中层状介孔结构越明显;延长预烧结时间和增加体系中的胆甾液晶相含量,有利于网络大孔结构的形成,使得到的SiO2多孔材料的平均孔径和比表面积增大。最后对SiO2分级多孔结构的形成机理进行了探讨。这种光聚合-热处理方法为SiO2多孔材料的制备提供了新的途径,也可将其扩展用于其它非水溶性模板体系中多孔材料的制备。