基于金属有机框架制备聚合物材料的工艺及性能研究.pdf
摘要
随着信息化时代的到来,人们对光通信传输的要求越来越高。光的偏振在光通信传输中
发挥着不可或缺的作用,利用光的偏振可以实现光信号的多路复用和解复用,提高光通信系
统的传输容量和效率。
操纵和调节光的偏振态的光学各向异性材料因其独特的优势而成为光通信系统领域的重
点发展方向之一。但通常光学各向异性材料的制备工艺较为复杂、成本较高,导致其产量低
且应用范围受限。聚合物材料具有成本低、易加工、透明度高的优点,适用于作为制备高适
用性的光学各向异性材料的原料。制备光学各向异性的聚合物材料的关键在于聚合物内部的
取向性,取向性越高,光学各向异性越明显。利用具有规则孔道的金属有机框架(Metal-Organic
Frameworks,MOFs)作为模板制备光学各向异性的聚合物材料是一种新思路。
本文基于MOFs模板化制备了具有光学各向异性的聚合物材料。根据晶体的空间构型设
计了孔道长程有序的MOFs材料,采用溶剂热法制备了两种不同孔径的MOFs:
[Zn(BDC)TED](BDC=对苯二甲酸,TED=三乙烯二胺)和[Zn(BPDC)TED](BPDC=
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联苯二甲酸,TED=三乙烯二胺);对合成MOFs进行了活化处理,以去除孔道内的客体分
子(有机溶剂、未反应的配体、金属簇);将聚合物封装进了活化后的MOFs中,利用MOFs
的受限空间排列聚合物链;利用螯合剂与金属离子的强结合作用力去除MOFs模板,获取了
具有光学各向异性的聚合物材料。
第三章中,重点讨论了原位聚合法和直接链引入法两种封装方法对获取光学各向异性聚
合物的影响。首先使用溶剂热法制备了[Zn(BDC)TED],通过添加剂的方式调控了晶体的形
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貌,并对MOF的结构、形貌以及热稳定性进行了表征;然后使用真空加热法活化MOF;再
分别采用原位聚合法和直接链引入法两种方法将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)封装进了MOF
孔道中,得到了复合物MOF@PMMA;最后通过螯合剂去除了MOF模板,得到了具有光学
各向异性PMMA。通过氮气吸附和核磁共振氢谱分析来看,使用原位聚合法比直接链引入法
的聚合物的封装量更高;通过偏光显微镜,发现原位聚合法获取的PMMA的光学各向异性更
强。
第四章中,重点研究了真空加热法和溶剂交换法两种活化方式对复合物MOF@聚合物中
聚合物分子封装效率的影响。首先使用溶剂热法制备了[Zn(BPDC)TED],通过添加剂的方
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式调控了晶体的形貌;然后分别使用了真空加热法和溶剂交换法两种方法活化了MOF;最后
通过原位聚合法将聚苯乙烯(PSt)封装进MOF孔道中,得到了复合物MOF@PSt。通过氮气
吸附分析,发现溶剂交换法活化后的MOF相比于真空活化法有更高的吸附量;通过核磁共振
氢谱分析,发现溶剂交换法活化的MOF具有更高的聚合物单体引入量和聚合率。
本文的研究成果为获取高光学各向异性的聚合物材料提供了有效的实验指导。
关键词:金属有机框架,模板,聚合物链取向,封装效率,光学各向异性
Abstract
Withtheadventoftheinformationage,peoplesrequirementsforopticalcommunication
transmissionarebecomingincreasinglyhigh.Thepolarizationoflightplaysanindispensablerolein
opticalcommunicationtransmission,andutilizingitcanalsoachievemultiplexingand
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