螺旋聚硅烷基復(fù)合材料的制備及其輻射性能研究

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1、學(xué)校代碼：10286分類號：TB333密級：公開UDC：546學(xué)號：149181螺旋聚硅烷基復(fù)合材料的制備及其輻射性能研究研究生姓名：張牧陽導(dǎo)師姓名：周鈺明教授學(xué)科類別工學(xué)博士畢業(yè)單位東南大學(xué)一級學(xué)科名稱化學(xué)工程與技術(shù)論文答辯日期2018年8月25日二級學(xué)科名稱應(yīng)用化學(xué)畢業(yè)日期2018年月日答辯委員會主席王德才教授評閱人2018年8月25日.博士學(xué)位論文螺旋聚硅烷基復(fù)合材料的制備及其輻射性能研究專業(yè)名稱：化學(xué)工程與技術(shù)研究生姓名：張牧陽導(dǎo)師姓名：周鈺明教授PREPARATIONANDINFRAREDRADIATIONPROPERTIESOFCOMPOSITESBAS

2、EDONHELICALPOLYSILANEADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYZHANGMu-yangSupervisedbyProf.ZHOUYu-mingSchoolofChemistryandChemicalEngineeringSoutheastUniversityAugust2018摘要I東南大學(xué)博士學(xué)位論文摘要低紅外發(fā)射率材料因其在紅外隱身方面的應(yīng)用潛力受到了研究者們的廣泛關(guān)注。螺旋聚合物具有相容性好、易處理和耐腐蝕等優(yōu)

3、點(diǎn)，是一種理想的紅外涂層有機(jī)粘合劑，其可調(diào)的手性結(jié)構(gòu)和聚合比例為精準(zhǔn)調(diào)節(jié)材料的紅外發(fā)射率提供了可能。螺旋聚合物具有的不飽和官能團(tuán)是其不飽和度的主要來源，在螺旋結(jié)構(gòu)的促進(jìn)下聚合物內(nèi)部可形成包含氫鍵在內(nèi)的相互作用力，以上兩種因素可協(xié)同降低聚合物的紅外發(fā)射率。單純的聚合物涂層通常無法滿足低紅外發(fā)射率的應(yīng)用需求，因此選擇合適的低紅外發(fā)射率填料與聚合物涂層結(jié)合就成為了研究者們工作的目標(biāo)。納米材料是一種常用的低紅外發(fā)射率填料，螺旋聚合物與棒狀、片狀和球狀納米材料的相互作用方式不同，這種復(fù)合方式的差異使復(fù)合材料獲得了不同的紅外發(fā)射率。本文以光學(xué)活性乳酸甲酯為起始物質(zhì)制備了手性乳酸

4、甲酯氧丙基二氯甲基硅烷，并將其與二氯二正己基硅烷共聚制備了一系列螺旋聚硅烷高分子。以螺旋聚硅烷為基體與多壁碳納米管、氧化石墨烯和中空氧化銦納米材料分散相復(fù)合，制得相應(yīng)的螺旋聚硅烷/納米復(fù)合材料。使用紅外光譜、拉曼光譜、核磁共振、紫外光譜、圓二光譜、差示掃描量熱法、偏振光顯微法、凝膠滲透色譜、X射線衍射、X射線光電子能譜分析、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等檢測手段表征聚合物及其復(fù)合材料，同時結(jié)合計算機(jī)模擬探討材料在8~14μm區(qū)間的紅外發(fā)射率，具體內(nèi)容如下：1.通過鉑系催化劑將二氯甲基硅烷和乙烯基乳酸甲酯連接得到單體，并利用伍爾茲聚合法，在四氫呋喃溶劑條件下聚合制備

5、螺旋聚硅烷。在聚硅烷螺旋結(jié)構(gòu)的促進(jìn)下，聚合物側(cè)鏈的不飽和官能團(tuán)可與烷基形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，從而降低聚合物的紅外發(fā)射率。通過調(diào)整二氯二正己基硅烷和乳酸甲酯氧丙基二氯甲基硅烷共聚比例，可改變聚硅烷的螺旋結(jié)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)控螺旋聚硅烷的紅外輻射性能。該聚合物擴(kuò)展了低紅外發(fā)射率聚合物的種類，為同類螺旋聚硅烷的設(shè)計與合成提供了理論基礎(chǔ)，并且在低紅外發(fā)射率材料方面具有良好的應(yīng)用前景。2.通過左旋螺旋聚硅烷的制備方法制備消旋和右旋聚硅烷，并考察其螺旋構(gòu)型和低紅外發(fā)射性能。為了類比不同構(gòu)型的聚硅烷，聚合反應(yīng)使用了相同的共聚比例，并使用透析等后處理方式得到聚合度相近的螺旋聚硅烷。由于右

6、旋螺旋聚硅烷具有較強(qiáng)的分子間氫鍵，使其具有較低的紅外發(fā)射率。借助分子動力學(xué)計算和計算機(jī)模擬可得出具體的分子螺距和螺徑，為研究聚合物的構(gòu)型提供了具體的數(shù)學(xué)和計算機(jī)模型，為解釋低紅外發(fā)射率現(xiàn)象提供了理論基礎(chǔ)。3.將碳納米管置于裝有濃硝酸的反應(yīng)釜中，通過高溫高壓酸化處理得到表面氧化的碳納米管，將氧化碳納米管與螺旋聚硅烷共混得到HPS/f-MWNTs復(fù)合材料，得到的材料表面纏繞螺旋聚硅烷。該復(fù)合方法不僅能獲得螺旋聚合物和氧化碳納米管的復(fù)合材料，還簡化了復(fù)合的手段，使用的溶液共混法避免了復(fù)雜的表面改性步驟。由于碳納米管表面豐富的羧基和羥基，可與螺旋聚硅烷之間形成非共價相互作用

7、。在碳納米管和聚硅烷不飽和官能團(tuán)和氫鍵的共同作用下，HPS/f-MWNTs具有較低的紅外發(fā)射率，從而使該復(fù)合材料可用于紅外隱身領(lǐng)域。4.將氧化石墨烯和螺旋聚硅烷分散在極性溶劑中制成分散液，并將HPS溶液滴加至GO分散液中，通過超聲將其均勻分散，除去溶劑后得到產(chǎn)物HPS/GO復(fù)合材料。由II摘要于GO表面存在包含羥基、羧基和環(huán)氧基在內(nèi)的大量含氧基團(tuán)，在非共價作用力的影響下聚合物可調(diào)節(jié)自身主鏈結(jié)構(gòu)，并緊密地覆蓋在GO平面上。由于聚硅烷和氧化石墨烯自身的不飽和基團(tuán)，分子間相互作力使HPS與GO形成大量分子間氫鍵，使制得的HPS/GO擁有較低的紅外發(fā)射率，并可制成紅外隱