螺旋聚硅烷基复合材料的制备及其辐射性能研究

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1、学校代码：10286分类号：TB333密级：公开UDC：546学号：149181螺旋聚硅烷基复合材料的制备及其辐射性能研究研究生姓名：张牧阳导师姓名：周钰明教授学科类别工学博士毕业单位东南大学一级学科名称化学工程与技术论文答辩日期2018年8月25日二级学科名称应用化学毕业日期2018年月日答辩委员会主席王德才教授评阅人2018年8月25日.博士学位论文螺旋聚硅烷基复合材料的制备及其辐射性能研究专业名称：化学工程与技术研究生姓名：张牧阳导师姓名：周钰明教授PREPARATIONANDINFRAREDRADIATIONPROPERTIESOFCOMPOSITESBAS

2、EDONHELICALPOLYSILANEADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYZHANGMu-yangSupervisedbyProf.ZHOUYu-mingSchoolofChemistryandChemicalEngineeringSoutheastUniversityAugust2018摘要I东南大学博士学位论文摘要低红外发射率材料因其在红外隐身方面的应用潜力受到了研究者们的广泛关注。螺旋聚合物具有相容性好、易处理和耐腐蚀等优

3、点，是一种理想的红外涂层有机粘合剂，其可调的手性结构和聚合比例为精准调节材料的红外发射率提供了可能。螺旋聚合物具有的不饱和官能团是其不饱和度的主要来源，在螺旋结构的促进下聚合物内部可形成包含氢键在内的相互作用力，以上两种因素可协同降低聚合物的红外发射率。单纯的聚合物涂层通常无法满足低红外发射率的应用需求，因此选择合适的低红外发射率填料与聚合物涂层结合就成为了研究者们工作的目标。纳米材料是一种常用的低红外发射率填料，螺旋聚合物与棒状、片状和球状纳米材料的相互作用方式不同，这种复合方式的差异使复合材料获得了不同的红外发射率。本文以光学活性乳酸甲酯为起始物质制备了手性乳酸

4、甲酯氧丙基二氯甲基硅烷，并将其与二氯二正己基硅烷共聚制备了一系列螺旋聚硅烷高分子。以螺旋聚硅烷为基体与多壁碳纳米管、氧化石墨烯和中空氧化铟纳米材料分散相复合，制得相应的螺旋聚硅烷/纳米复合材料。使用红外光谱、拉曼光谱、核磁共振、紫外光谱、圆二光谱、差示扫描量热法、偏振光显微法、凝胶渗透色谱、X射线衍射、X射线光电子能谱分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等检测手段表征聚合物及其复合材料，同时结合计算机模拟探讨材料在8~14μm区间的红外发射率，具体内容如下：1.通过铂系催化剂将二氯甲基硅烷和乙烯基乳酸甲酯连接得到单体，并利用伍尔兹聚合法，在四氢呋喃溶剂条件下聚合制备

5、螺旋聚硅烷。在聚硅烷螺旋结构的促进下，聚合物侧链的不饱和官能团可与烷基形成分子内和分子间氢键，从而降低聚合物的红外发射率。通过调整二氯二正己基硅烷和乳酸甲酯氧丙基二氯甲基硅烷共聚比例，可改变聚硅烷的螺旋结构，进而调控螺旋聚硅烷的红外辐射性能。该聚合物扩展了低红外发射率聚合物的种类，为同类螺旋聚硅烷的设计与合成提供了理论基础，并且在低红外发射率材料方面具有良好的应用前景。2.通过左旋螺旋聚硅烷的制备方法制备消旋和右旋聚硅烷，并考察其螺旋构型和低红外发射性能。为了类比不同构型的聚硅烷，聚合反应使用了相同的共聚比例，并使用透析等后处理方式得到聚合度相近的螺旋聚硅烷。由于右

6、旋螺旋聚硅烷具有较强的分子间氢键，使其具有较低的红外发射率。借助分子动力学计算和计算机模拟可得出具体的分子螺距和螺径，为研究聚合物的构型提供了具体的数学和计算机模型，为解释低红外发射率现象提供了理论基础。3.将碳纳米管置于装有浓硝酸的反应釜中，通过高温高压酸化处理得到表面氧化的碳纳米管，将氧化碳纳米管与螺旋聚硅烷共混得到HPS/f-MWNTs复合材料，得到的材料表面缠绕螺旋聚硅烷。该复合方法不仅能获得螺旋聚合物和氧化碳纳米管的复合材料，还简化了复合的手段，使用的溶液共混法避免了复杂的表面改性步骤。由于碳纳米管表面丰富的羧基和羟基，可与螺旋聚硅烷之间形成非共价相互作用

7、。在碳纳米管和聚硅烷不饱和官能团和氢键的共同作用下，HPS/f-MWNTs具有较低的红外发射率，从而使该复合材料可用于红外隐身领域。4.将氧化石墨烯和螺旋聚硅烷分散在极性溶剂中制成分散液，并将HPS溶液滴加至GO分散液中，通过超声将其均匀分散，除去溶剂后得到产物HPS/GO复合材料。由II摘要于GO表面存在包含羟基、羧基和环氧基在内的大量含氧基团，在非共价作用力的影响下聚合物可调节自身主链结构，并紧密地覆盖在GO平面上。由于聚硅烷和氧化石墨烯自身的不饱和基团，分子间相互作力使HPS与GO形成大量分子间氢键，使制得的HPS/GO拥有较低的红外发射率，并可制成红外隐