本文關(guān)鍵詞：聚苯乙烯三維光子晶體結(jié)構(gòu)色薄膜的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目前,具有特殊有序結(jié)構(gòu)的納米材料,在光信息處理和存儲(chǔ)、先進(jìn)涂層、光催化和其他新興納米技術(shù)等方面都有潛在的應(yīng)用價(jià)值。光子晶體就是其中一種納米材料,它是由折射率(或介電常數(shù))不同的物質(zhì)在空間進(jìn)行周期性排列從而形成的長程有序結(jié)構(gòu)。這種長程有序結(jié)構(gòu)具有很多特性,比如光子局域、光子禁帶。因此與傳統(tǒng)薄膜和塊體材料相比,光子晶體在顯示器、光電設(shè)備、傳感設(shè)備等方面具有潛在應(yīng)用。在眾多應(yīng)用中,結(jié)構(gòu)色因其能量守恒的特性,引起了相當(dāng)大的關(guān)注。本文通過制備聚苯乙烯(PS)微球、PS@TiO2核殼微球、Ti02空心半球以及TiO2/C復(fù)合微球,用膠體自組裝法在玻璃片表面鍍膜,形成顏色絢麗的結(jié)構(gòu)色薄膜。通過XRD、SEM、TEM、FT-IR、Raman spectra、TG等測試方法對樣品進(jìn)行表征,探究形成各種微球的影響因素以及形成結(jié)構(gòu)色薄膜的影響因素,從而更好的制備色彩飽和度高、亮度高的結(jié)構(gòu)色薄膜。(1)采用無皂乳液聚合法制備單分散性聚苯乙烯納米微球,進(jìn)一步通過垂直沉降法使得微球在玻璃片表面自組裝,從而得到聚苯乙烯結(jié)構(gòu)色薄膜。實(shí)驗(yàn)中,探究了影響聚苯乙烯微球的粒徑大小的影響因素以及微球粒徑和后處理溫度對聚苯乙烯結(jié)構(gòu)色薄膜的影響。結(jié)果表明：采用無皂乳液聚合法可以得到單分散性較好且微球表面光滑潔凈的聚苯乙烯微球,微球粒徑可控制在150-400 nm之間；可以通過改變苯乙烯(st)、甲基丙烯酸(MAA)、過硫酸鉀(Kps)的用量來調(diào)節(jié)聚苯乙烯微球的粒徑。隨著苯乙烯用量的增加,微球粒徑隨之增大；當(dāng)甲基丙烯酸用量增加時(shí),聚苯乙烯微球的粒徑會(huì)減��；過硫酸鉀用量增加時(shí),微球粒徑呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。薄膜分析表明：當(dāng)微球粒徑從177 nm增大到335 nm,反射光譜峰值向長波段移動(dòng),從389 nm增大到646 nm,結(jié)構(gòu)色出現(xiàn)紅移；隨著結(jié)構(gòu)色薄膜后處理溫度的升高,聚苯乙烯微球之間的空隙減小,薄膜顏色亮度逐漸降低,當(dāng)溫度達(dá)到110℃時(shí),顏色消失。(2)采用硅烷偶聯(lián)劑法制備PS@TiO2核殼微球,進(jìn)而通過垂直沉降法在玻璃片表面制備PS@TiO2結(jié)構(gòu)色薄膜。實(shí)驗(yàn)中,通過改變反應(yīng)條件,改善微球表面特性,更有利于制備結(jié)構(gòu)色薄膜。結(jié)果表明：采用硅烷偶聯(lián)劑可以在聚苯乙烯微球表面形成TiO2殼層,并且通過改變PS/鈦酸丁酯(TBOT)的質(zhì)量比及反應(yīng)時(shí)間能夠調(diào)節(jié)殼層的厚度,但是所得到的核殼微球的粒徑可控性低,不均一,單個(gè)微球表面每處包覆Ti02的量不定且Ti02易團(tuán)聚。制備得到的PS@TiO2核殼結(jié)構(gòu)光子晶體薄膜顏色較未包覆前,發(fā)生紅移,結(jié)構(gòu)色由藍(lán)色變?yōu)榈t色。但其亮度及飽和度都較差,且制備過程中微球容易沉降。(3)混合溶劑法制備PS@TiO2核殼微球,再通過垂直沉降法使微球自組裝形成結(jié)構(gòu)色薄膜。實(shí)驗(yàn)中,探究了各反應(yīng)條件對微球粒徑及微球表面性質(zhì)的影響,探討了核殼結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)色薄膜的影響。結(jié)果表明：混合溶劑法可得到粒徑較為均一的PS@TiO2核殼微球,反應(yīng)時(shí)間對PS@TiO2核殼微球的影響不大；氨水含量的增加會(huì)導(dǎo)致微球表面顆粒增加,光滑度降低,氨水用量應(yīng)控制在0.25-0.5 mL之間；隨著乙腈含量增加,核殼微球表面由粗糙變光滑再變粗糙,醇腈比為3：1時(shí),微球表面最光滑；當(dāng)鈦酸丁酯的用量增加時(shí),微球粒徑有所增加,但鈦酸丁酯用量過多時(shí),反應(yīng)產(chǎn)生的游離的二氧化鈦顆粒增加,因此鈦酸丁酯用量應(yīng)適量；與包覆前的聚苯乙烯結(jié)構(gòu)色相比,包覆后的PS@TiO2結(jié)構(gòu)色紅移。(4)將上述制備的PS@TiO2核殼微球分別在500℃空氣爐和氣氛爐中煅燒3 h,可得到Ti02空心半球以及TiO2/C復(fù)合空心微球。結(jié)果表明：Ti02空心半球破損嚴(yán)重,TiO2/C復(fù)合空心微球的結(jié)構(gòu)較為完整。在降解羅丹明B溶液過程中,TiO2空心半球的催化性能要優(yōu)于P25及Ti02粉體的催化性能,當(dāng)TBOT的用量由0.5 mL增加到1 mL時(shí),Ti02對羅丹明B溶液的降解效率也有所提高；空心半球結(jié)構(gòu)能夠提升Ti02的光催化性能。在TiO2/C空心微球?qū)到饬_丹明B溶液的降解過程中,當(dāng)TBOT用量為1 mL時(shí),Ti02殼層厚度最為合適,光催化性能最佳。
【關(guān)鍵詞】：PS微球 PS@TiO_2核殼微球 TiO_2空心半球 TiO_2/C空心球 結(jié)構(gòu)色 降解羅丹明B
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O734;TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 引言11
• 1.2 光子晶體11-16
• 1.2.1 光子晶體的概述11-13
• 1.2.2 蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體13-15
• 1.2.3 反蛋白石光子晶體15-16
• 1.3 結(jié)構(gòu)色16-19
• 1.3.1 結(jié)構(gòu)色的發(fā)展16
• 1.3.2 自然界及光子晶體結(jié)構(gòu)色16-17
• 1.3.3 結(jié)構(gòu)色的應(yīng)用17-19
• 1.4 單分散聚苯乙烯微球的合成19-20
• 1.4.1 分散聚合19-20
• 1.4.2 無皂乳液聚合20
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容及意義20-22
• 2 聚苯乙煤微球結(jié)構(gòu)色薄膜22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分22-24
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器22-23
• 2.2.2 聚苯乙烯微球的制備23
• 2.2.3 聚苯乙烯結(jié)構(gòu)色薄膜的制備23
• 2.2.4 測試與分析23-24
• 2.3 結(jié)果與討論24-31
• 2.3.1 聚苯乙烯粉體的物相及成分分析24-26
• 2.3.2 反應(yīng)條件對聚苯乙烯微球粒徑的影響26-29
• 2.3.3 不同粒徑聚苯乙烯微球?qū)Y(jié)構(gòu)色薄膜的影響29-30
• 2.3.4 后處理溫度對結(jié)構(gòu)色薄膜的影響30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 3 硅烷偶聯(lián)劑改性PS微球制備PS@TiO_2核殼微球32-38
• 3.1 前言32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分32-34
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器32-33
• 3.2.2 PS@TiO_2核殼微球的制備33
• 3.2.3 PS@TiO_2核殼微球結(jié)構(gòu)色薄膜的制備33-34
• 3.2.4 測試與分析34
• 3.3 結(jié)果與討論34-37
• 3.3.1 PS@TiO_2核殼微球的物相及成分分析34-35
• 3.3.2 反應(yīng)條件對PS@TiO_2核殼微球的影響35-37
• 3.3.3 PS@TiO_2核殼微球結(jié)構(gòu)色薄膜37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 4 混合溶劑法制備PS@TiO_2核殼微球38-49
• 4.1 前言38
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分38-40
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器38-39
• 4.2.2 PS@TiO_2核殼微球39
• 4.2.3 PS@TiO_2核殼微球結(jié)構(gòu)色薄膜的制備39
• 4.2.4 測試與分析39-40
• 4.3 結(jié)果與討論40-48
• 4.3.1 PS@TiO_2核殼微球的成分、形貌分析40-42
• 4.3.2 反應(yīng)條件對PS@TiO_2核殼微球的影響42-46
• 4.3.3 結(jié)構(gòu)色薄膜的表征46-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 5 TiO_2空心半球及TiO_2/C空心球的制備及其光催化性能49-56
• 5.1 前言49
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分49-50
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥品49-50
• 5.2.2 TiO_2空心半球及TiO_2/C空心球的制備50
• 5.2.3 TiO_2空心半球及TiO_2/C空心球的光催化性能測試50
• 5.2.4 測試與分析50
• 5.3 TiO_2空心半球及TiO_2/C空心球的表征及光催化性能50-55
• 5.3.1 TiO_2空心半球的表征及光催化性能50-53
• 5.3.2 TiO_2/C空心球的表征及光催化性能53-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 6 結(jié)論56-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-69
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文69-70

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本文編號：284617