● 摘要
模板法制备具有特殊结构和性能的复合材料是当今材料科学领域研究 的热点，其优势在于模板的空间限域和调控作用可对合成材料的大小、形貌、结 构等进行控制，同时也可根据合成材料的大小和形貌预先设计模板。 微凝胶是具有类似于宏观凝胶结构的微纳米颗粒材料。它所具有的三维网络结 构和球形形貌有可能对在其中进行的无机结晶或沉积反应施加限域和导向作用， 控制所生成无机材料的大小和形貌，得到各种具有特异表面结构的无机．有机复合 材料。本论文利用微凝胶为模板，开展了以下几个方面的工作。 (1)采用反相悬浮聚合法合成了包埋有Pbˉ2+的PNIPAM微凝胶，利用微凝胶的 限域和导向作用，通过外源沉积法缓慢通入硫化氢气体，制备了PNIPAM／PbS复 合微球。利用扫描电子镜(SEM)、X-射线衍射分析和热重分析对复合微球的形貌、 无机沉积物PbS的晶型和相对含量等进行了表征。实验表明：高分子微凝胶的三 维网络结构和所采用的制备方法确保了有机．无机复合材料复合的均匀性；微凝胶 的模板作用使得复合材料呈现球状结构，微球的大小决定于模板的尺寸；复合微 球中PbS具有面心立方结构；复合微球中无机物含量约为lO％。 (2)采用反相悬浮聚合法合成了中性PNIPAM微凝胶和阴离子型P(NIPAM-CO- MAA)微凝胶。比较研究了以这两种微凝胶为模板，通过外源导入法通入H_2S，引 发CdS沉积反应，所制得的PNIPAM／CdS和P(NIPAM-co-MAA)／CdS有机．无机复 合微球表面形貌。扫描电镜观察表明：复合微球表面形貌因模板的不同而不同， 且微球具有类核,壳结构。X-射线衍射分析表明复合微球中的CdS呈晶态，属立方 晶形。微球具有CdS的荧光特征，模板本性对微球荧光有一定影响。表面图案化 杂化微球的尺寸在5Oμm左右，而表面图案结构在纳米级。这类微球材料在兼有 无机材料和有机材料性质的同时，还可能兼有常规微米级微球材料和纳米材料的 优点，从而在催化剂担载、吸附分离、吸波减震等领域获得应用。 (3)利用阴离子型P(NIPAM-co-MAA)微凝胶作为模板，比较研究了模板与不 同无机硫化物复合时所形成的P(NIPAM-co-MAA)／CdS(ZnS)复合微球的表面形貌， 扫描电镜观察表明：各类复合微球表面花纹排列有序、图案各异；运用X-射线衍 射分析和热重分析对复合微球中无机物晶型和相对含量等进行了表征。研究结果 表明复合微球的表面图案取决于微凝胶模板的性质，特别是活性单体MAA的含 量，以及无机物的性质；同时微凝胶对各种无机物的沉积具有调控作用，控制着 无机物粒子成核的位置、尺寸大小、取向和结构，从而使高分子链的塌陷沿一定 的微区域进行。 (4)利用阴离子型P(NIPAM-co-MAA)微凝胶在LCST温度下的溶胀特性，包 埋不同浓度的Agˉ+离子和Cuˉ2+离子，控制沉积过程，制得了具有不同表面图案化 结构的P(NIPAM-co-MAA)／CuS(Ag_2S)复合微球。研究表明：表面图案化的复合微 球的形貌取决于微凝胶模板的性质和无机物的性质以及无机物的沉积量。运用扫 描电镜、电子能谱、X-射线衍射、热重分析等手段对复合微球的表面结构、无机 物的晶型以及无机物的含量进行了表征。这为制备具有复杂形貌的有机-无机复合 微球材料提供了一种新的途径，微凝胶模板法有望成为制备多种类型有机-无机复 合微球材料的新方法。