锆杂化乙烯基笼形倍半硅氧烷的合成与应用研究

有机/无机杂化纳米复合材料，在民用和国防高技术领域具有十分诱人的应用前景。笼状多面体倍半硅氧烷（POSS）的独特结构赋予POSS-聚合物材料优异的性能，被誉为新一代高性能有机/无机纳米杂化材料。锆氧化物具有优良的机械性能和光学性能，若在体系中引入锆氧化物则可方便地对杂化树脂的光学特性和机械性能等进行调控。本项目旨在分子设计的基础上，首先合成含乙烯功能基的缺角POSS,再将其与有机锆化合物反应，生成锆杂化的乙烯基POSS,即以锆取代乙烯基POSS中的部分硅原子，建立含乙烯功能基的锆杂化POSS的合成路线；研究硅原子上不同取代基以及Si/Zr比等对POSS的稳定性、光学特性、反应性以及固化产物的热稳定性、透明性、机械强度等的影响；合成出性能优良的锆杂化的POSS树脂；开展以锆杂化的POSS制备多孔材料和光学薄膜的应用研究。为ICF靶材料等国防高技术领域提供性能优良的材料和技术积累。

有机/无机杂化纳米复合材料，在民用和国防高技术领域具有十分诱人的应用前景。笼状多面体倍半硅氧烷（POSS）的独特结构赋予POSS-聚合物材料优异的性能，被誉为新一代高性能有机/无机纳米杂化材料。随着ICF研究的深入，对靶材性能要求越来越高，需制备超低密度气凝胶、泡沫、特定表面性能的微球和薄膜等，因此需引入一些新型的功能材料。锆氧化物具有优良的机械性能和光学性能，目前报道的Zr掺杂的POSS分子上没有能发生聚合反应的功能性基团，难以用于制备聚合物材料。本项目首先合成含乙烯功能基的缺角POSS，再将其与有机锆化合物反应，生成锆杂化的乙烯基POSS，即以锆取代乙烯基POSS中的部分硅原子，建立了含乙烯功能基的锆杂化POSS的合成路线；将锆杂化乙烯基POSS与苯乙烯共聚，合成了掺杂Zr-POSS的聚苯乙烯树脂，其良好的溶解性可用于制备微球和薄膜；制备了POSS-TiO2和POSS-ZrO2复合气凝胶；通过OVS自由基聚合制备的杂化多孔材料比表面积达到1080 m2 g-1，在1.0 bar，77 K时可以吸附2.00 wt %的氢气，是目前所报道的POSS基杂化材料中储氢性能最好的。