基于ZnO量子点的制备及其聚合物纳米复合材料光屏蔽性能的研究

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本论文主要研究了基于氧化锌量子点(ZnO QDs)纳米粒子的制备,及其聚合物纳米复合材料及其光屏蔽性能。首先合成了ZnO量子点,并通过不同无机材料对其进行修饰,获得了在紫外与蓝光波段区具有可调控吸收带边的纳米粒子。将上述纳米粒子应用于聚合物中,在保持聚合物基体透明性的同时,获得了屏蔽范围可调控、具备优良蓝光与紫外光屏蔽效果的聚合物纳米复合材料。论文的研究结果主要有:  1.通过改进传统的Meulenkamp法合成了ZnO量子点,系统研究了反应条件对ZnO量子点生长过程中的影响。在诸多控制因素中,体系中水的浓度对于ZnO量子点的生长具有决定性的作用。研究结果表明,当体系中水浓度低于20-30mM时,仅能生成ZnO前驱体;当水浓度超过3M时,则可能诱导生成锌的层状双氢氧化物,无ZnO生成;当水浓度在上述两者之间时,可生成ZnO量子点。同时,水浓度不仅会影响初生ZnO量子点的速率,我们还首次证实其对于Ostwald熟化阶段ZnO量子点生长的影响。  2.分别选择了CdS和SiO2对于ZnO量子点进行了修饰。其中,通过CdS包覆ZnO量子点,可以有限地复合后的纳米粒子带边吸收范围拓展至蓝光区。同时,通过控制CdS的包覆量,当Cd/Zn摩尔比从0.2调节至0.6时,可以获得带边吸收从360-440nm的ZnO/CdS纳米粒子。利用氨基硅烷偶联剂对ZnO进行包覆,可以进一步控制ZnO量子点的粒径与带宽,从而获得带边吸收从325-360nm的ZnO/SiO2纳米粒子。  3.选择环氧树脂作为基体,利用溶液共混的方法将环氧树脂预聚体与ZnO/CdS分散液进行混合,然后脱除溶剂后加入固化剂,通过in-situ聚合的方法获得环氧树脂-ZnO/CdS聚合物纳米复合材料。当选择Cd/Zn比为0.6时,ZnO/CdS纳米粒子的加入量为0.3wt%时,所获得的聚合物纳米复合材料在保持透明性的同时,可屏蔽440nm以下80%的紫外光与蓝光。  4.选择PVB作为基体,利用溶液共混的方法将PVB与ZnO/CdS和ZnO/SiO2分别进行混合,通过铺膜的方法分别获得PVB-ZnO/CdS和PVB-ZnO/SiO2的聚合物纳米复合膜。加入0.75wt%纳米粒子的聚合物纳米复合材料不仅在保持优良透明性,同时具有良好的可调控光屏蔽效果,其临界屏蔽波长在325-420nm可调控屏蔽。
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