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在综合考察现有各种空心玻璃微球化学镀银工艺后发现,目前在这方面的研究中,活化试剂及活化工艺的选择、对空心玻璃微球表面银壳层组成单元的结构与形貌的可控控制、对空心玻璃微球/银核壳结构复合微球在聚合物基体复合材料中的特性研究等方面还存在一些缺陷。本论文采用本实验室制备的高性能空心玻璃微球作为核材,采用一种全新的镀前处理方法进行活化处理,再镀覆一层金属银以制备核/壳型结构的复合微球,并进一步探索空心玻璃微球表面银壳层组成单元的结构与形貌的可控制备方法。最后,本论文选择压电/导电复合阻尼吸声材料作为切入点,利用空心玻璃微球/银核壳结构复合微球的导电性能,初步研究了其作为导电填料在压电/导电复合阻尼吸声材料中的特性。
本论文主要研究内容及结果如下:
(1)首先综合调研了应用于电磁屏蔽涂料、导电填料等领域的银包覆空心玻璃微球化学镀银工艺的国内外研究进展情况。按空心玻璃微球化学镀银操作工艺的三个主要步骤,分别调研了空心玻璃微球表面前处理、施镀及镀后处理的各类方法。总结了不同表面前处理方法、镀液配方、操作工艺参数及空心玻璃微球基体自身性质等因素对空心玻璃微球化学镀银过程的影响。探讨了空心玻璃微球化学镀银存在的问题及今后的主要研究方向。本论文指出,使用高性能空心玻璃微球作为核材制备核/壳型复合材料能够从根本上解决微球破损的问题。高性能空心玻璃微球硅含量较高,处理后其表面能够生成大量硅羟基,这些羟基可修饰性强,便于实现纳米结构的可控组装。
(2)针对目前镀前处理方面存在的处理工艺繁琐、前处理活化试剂通常有毒且价格较高等现有技术缺陷,提出了一种新的空心玻璃微球表面前处理方法,即在空心玻璃微球化学镀银前对空心玻璃微球表面实施碱洗、双氧水洗两步简易处理,使其表面同时达到较好的粗化与亲水化效果。另外,双氧水的加入能够增加空心玻璃微球表面的羟基数量,有利于壳层材料的附着。对使用此方法处理而制备的最终产物进行了形貌表征及电导率的测试,结果表明,所制备的空心玻璃微球电阻率较低,电阻率都在10-4Ω·m数量级。
(3)现有关于空心玻璃微球镀银核壳复合结构的报道多集中在以不同方法或在不同实验条件下进行核壳复合结构的制备,而对空心玻璃微球表面银壳层的组成单元的结构和形貌的控制还未见报道。针对此情况,本文首先探索了多种纳米银颗粒形貌的控制方法。进一步在水溶液体系中,采用柠檬酸钠辅助的方法,在空心玻璃微球表面制备出了片状形貌的纳米银壳层。对银壳层的形貌结构以及光学性质进行了分析讨论。本论文还探讨了不同实验条件对镀银层形貌的影响,并初步探讨了纳米片壳层在空心玻璃微球表面形成的机理。
(4)利用空心玻璃微球/银核壳结构复合微球的导电性能,结合压电/导电复合阻尼吸声材料的吸声原理,即利用压电材料将声能转换为电能,导电材料再将其转换成热能而消耗掉的原理,制备了压电/导电/聚合物复合材料,然后初步研究了其作为导电填料的在这种复合材料中的特性。另外,将未处理的空心玻璃微球作为填料,制备了含有不同质量分数空心玻璃微球的硅橡胶复合材料。在分别对这两类复合材料进行了橡胶硬度及吸声性能测试后发现,这两类复合材料的硬度都随着空心玻璃微球或者银包覆空心玻璃微球的添加量提高而增加,并在一定含量处达到最大值,但是随着填料含量的进一步提高,复合硅橡胶的硬度有下降趋势。但这两类材料的吸声系数都未能达到一个理想值,其制备工艺过程尚待深入研究。本论文分析了这种现象的产生原因并提出了研究改进的方向。