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全息复合材料,纳米粒子复合材料的组成

2022-04-18

  全息高分子纳米粒子复合材料的原料为光引发剂(包括光引发阻聚剂)、单体和纳米粒子,其中光引发剂与第4章全息高分子/液晶复合材料中讨论的内容类似,在此不再赘述。本章着重介绍单体和纳米粒子。

  一、单体

  一般地,应用于全息高分子纳米粒子复合材料的单体,需要满足如下要求:

  ①单体对纳米粒子具有良好的分散能力。纳米粒子在单体中的均匀分散是制备高性能全息高分子/纳米粒子复合材料的前提,因此单体与纳米粒子之间须具有一定的相容性,以确保纳米粒子在单体中易于分散而不发生团聚。

  ②单体的聚合反应速率要高。虽然聚合反应的凝胶化时间长于纳米粒子的扩散时间是形成全息高分子/纳米粒子复合材料的前提,但由于全息过程通常在较短的时间内完成,因此单体应具有较高的聚合反应速率。

  ③单体在光聚合过程中应具有较低的体积收缩。一方面,引入刚性结构的纳米粒子有利于抑制光聚合反应过程中的体积收缩;另一方面,选用光聚合体积收缩率小的单体也很关键。

  ④单体聚合后形成的高分子应与采用的纳米粒子具有较大的折射率差异。全息高分子纳米粒子复合材料的衍射效率等光学性能与其折射率调制度直接相关,因此需选用与纳米粒子折射率差异性大的单体。

  二、纳米粒子

  用于制备全息高分子纳米粒子复合材料的纳米粒子包括无机纳米粒子、金属纳米粒子和聚合物纳米粒子。

  (一).无机纳米粒子

  一些金属氧化物和硫化物通常具有较高的折射率,因此采用这些化合物的纳米粒子有利于提高全息高分子/纳米粒子复合材料的折射率调制度。二氧化硅(SO2)纳米粒子虽然折射率(~1.46)不高,但密度小、合成简单,也常用于全息高分子纳米粒子复合材料的制备,但通常需要辅以高折射率单体。未经表面改性的无机纳米粒子通常难以在单体中均匀分散,因此对无机纳米粒子进行表面改性是制备全息高分子/无机纳米粒子复合材料的必要程序。无机纳米粒子的表面改性方法分为后修饰法和原位修饰法。后修饰法是指先合成纳米粒子,然后对其进行表面修饰。原位修饰法是在纳米粒子合成过程中将有机官能团反应或配位到无机纳米表面,可用一锅法完成。与后修饰法相比,原位修饰法更加简便、高效。

  (二)、金属纳米粒子

  用于全息高分子/纳米粒子复合材料的金属纳米粒子主要是金纳米粒子和银纳米粒子。金纳米粒子和银纳米粒子可产生表面等离子共振效应,吸收特定波长的可见光,有利于提高全息高分子/纳米粒子复合材料的光学性能。

  (三)、聚合物纳米粒子

  聚合物纳米粒子与单体相容性好,无需表面修饰即可均匀分散在单体中。聚苯乙烯的折射率(1.59~1.60)高于常见的聚丙烯酸酯(~1.50),因此可作为全息高分子材料的高折射率组分。

  文章内容引用自专业教材,以便高分子科学工程、光学工程等领域的科技工作者作研究参考,未经本书原作者的许可,任何第三方不得复制或者转载本文内容。