温敏性无机/高分子核壳结构纳米粒子的制备与性能研究

无机/有机高分子核壳纳米材料因其兼具无机物和有机高分子的特性而备受关注。包覆在无机纳米粒子外部的壳可以改变并赋予粒子光、电、磁、热稳定、催化和生物活性等性质，在医药、非线性光学器件、电发光器件以及光催化等方面具有广泛的应用前景。如何根据不同需求制备具有不同功能特性的纳米复合材料，将无机物的功能特性与高分子材料的结构多样性和可塑性结合起来，是一项富有挑战性的课题。本申请拟利用温敏性高分子聚异丙基丙烯酰胺可控聚合所需的链转移剂是表面活性剂的结构特点，首先制备出单分散的无机纳米粒子，然后在其表面实现温敏性高分子的可控限域聚合，形成温敏性高分子包覆无机纳米粒子的核壳结构，获得具有温敏特性的多功能纳米复合材料。采用不同的无机物作为核材料,制备出来的颗粒将具有不同的功能,可以实现核壳纳米粒子在多个领域的应用，为无机/高分子纳米复合材料的制备提供思路，对开发设计新型功能材料具有重要意义。

聚异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）包覆无机纳米粒子形成的无机/PNIPAM核壳结构在催化剂、化学分离、化学传感器和药物释放等方面具有广泛的应用前景，无机/PNIPAM纳米核壳结构的设计合成是一项具有挑战性的课题。本研究在于探索合成无机/PNIPAM的新方法并揭示其形成机理和性质。无机/PNIPAM的合成有两部分组成，第一步是粒径和组成均一的单分散无机纳米粒子的可控制备，第二步是粒子表面的聚合反应。其中，第一部分是最为关键的。.本课题首先利用链转移剂是表面活性剂的特点，首先合成出单分散的无机纳米粒子，详细考察了不同反应条件（如反应温度、时间、浓度、溶剂的选择及配比等）对纳米粒子粒径、形貌、结晶性以及分散性的影响，主要揭示了如下几点：1）起始物浓度对纳米粒子的形貌有着重要影响，当浓度过低时产物太少，浓度过高会导致纳米粒子团聚，发生“融合”，得到的是多晶的粒子，不再是单晶，影响产物的形貌和性能；2）由于链转移剂是一种三硫代碳酸酯，热稳定性不高，实验证明在50度左右会发生分解反应生成硫醇，因而传统的溶剂热方法已不适用，实验中选择了合适的反应温度制备得到了高品质的单分散纳米粒子；3）反应体系主要由三部分组成：水、低分子量醇类化合物（如乙醇）和含有长链烷基和羧基的表面活性剂，不同的浓度比对产物的形貌和粒径大小影响明显，本课题着重对乙醇含量对产物最终形态的影响进行了研究；4）所得纳米粒子在某些有机溶剂中具有很好的分散性能，文献普遍报道这是由于纳米粒子表面附着的表面活性剂的长链烷基所致。但我们在实验中发现，仅仅改变低分子量醇类化合物的种类时，纳米粒子的分散性能会发生非常大的变化。比如乙醇/水体系中得到的纳米粒子在正己烷、氯仿和四氢呋喃中都能分散的很好，而乙二醇/水体系中得到的纳米粒子则完全不能分散于正己烷和氯仿，只能分散于四氢呋喃，考虑到四氢呋喃是最为常用的聚合反应的介质，深入研究造成纳米粒子在不同溶剂中分散性能的差异就非常必要了，本课题对纳米粒子表面进行了较为充分的研究，提出粒子表面所吸附的分子的极性和溶解性对其分散性具有至关重要的影响。