手性苯丙氨酸对聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜结晶的调控作用

手性是自然和生命体中普遍存在的一种现象。关于手性问题的研究不仅具有较高的学术价值，而且对功能材料的设计有着重要的现实意义。本课题采用具有手性的苯丙氨酸作为结晶模板来调控聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）的结晶过程，进而得到具有较高β相含量和良好压电性质的PVDF薄膜材料。拟研究的重点内容包括：手性有机分子在高分子结晶过程的作用机制；手性微环境下高分子如何实现从二维到三维的有序折叠；手性如何对高分子晶型的形成产生影响等。初步研究表明，手性氨基酸分子在一定的条件下完全可以影响到聚合物的结晶形态和结晶机制，有效地充当大分子结晶的模板。这项研究不仅丰富和发展了高β相含量PVDF的制备手段，更为重要的是，相关规律的发现和深度认识，对于进一步揭示有关弱相互作用对高分子体系的结晶机制的影响﹑丰富有关结晶学的研究内容，进而建立起从手性小分子 - 聚合物结晶 - 功能材料制备的有机联系，具有良好的推动作用。

聚偏氟乙烯(PVDF)是一种多晶型的压电聚合物。先前研究表明，其压电性质明显受到晶型含量的影响。本课题是在以前工作基础上的延伸，旨在深入探讨影响PVDF晶型分布的因素，继而找到提高和改善PVDF压电性能的关键。本课题取得的主要成果概述如下：.1）本研究小组前期的研究表明，极性的结晶环境有利于PVDF的极性相的发展。为此，我们尝试了在PVDF溶剂成膜过程中加入若干种、适量的离子液体作为PVDF结晶的“调节剂”。结果表明，少量离子液体的加入明显有助于极性相的提高和压电性质的改善。本研究中压电系数(d33)都显示出20-60%的提高。同时发现，过多离子液体的加入并不有利于晶型的改变，通常体积比4%较好。.2）PVDF高分子与纳米掺杂体系的效果很大程度上取决于作用力性质、作用位点的多少和有效作用面积的高低。基于这个认识，我们尝试在PVDF体系中加入氧化程度不同的多壁纳米碳管(CNTs)。随氧化程度的加深，CNTs表面的极性官能团增多，表面积增加，同时CNT的维数从一维向二维变化。研究结果表明，加入固定量的上述CNTs，可以明显提高PVDF膜的相含量，从而有效提高样品的压电性质。.3）与小分子不同，手性化合物对于高分子晶型的影响是一个相对复杂的问题。本课题分别采用D和L型聚苯丙氨酸（Phe）作为PVDF结晶的生长模板，研究了PVDF溶剂成膜的结晶生长规律。对所获得的薄膜样品加以热退火(thermal annealing)处理，结果表明溶液样品的温度、酸碱度和氨基酸类型都对样品的晶型分布具有显著影响。.此基金支持下，还探索了另外两方面的工作：磁性纳米吸附剂用于水环境中污染物的去除；功能陶瓷的设计、结构与性能研究。取得如下成果：.4) 采用一锅法合成了氨基修饰、EDTA修饰的磁性纳米吸附剂，可快速、高效去除水环境中的Cu2+，Pb2+，Ni2+等重金属离子。改进方法合成的磁性氧化石墨烯，可快速、高效去除染料、农药等有机物。其中对染料罗丹明B的吸附量比文献报道值提高了数十到数百倍。这些材料可高效去除工业废水中的重金属离子和染料，去除效果不受水体中有机物和其他共存物的影响。.5）对新型巨介电材料的结构与性能的研究。发现Cr3+/Cr6+和Ti3+/Ti4+的混价诱导的电子铁电性导致了Ca2TiCrO6陶瓷的巨介电行为，而电极材料的种类和厚度不影响此材料的介电性质。