《手性苯丙氨酸對聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜結晶的調控作用》是依託中國科學院大學，由郝永梅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：手性苯丙氨酸對聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜結晶的調控作用
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：郝永梅
- 依託單位：中國科學院大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
手性是自然和生命體中普遍存在的一種現象。關於手性問題的研究不僅具有較高的學術價值，而且對功能材料的設計有著重要的現實意義。本課題採用具有手性的苯丙氨酸作為結晶模板來調控聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）的結晶過程，進而得到具有較高β相含量和良好壓電性質的PVDF薄膜材料。擬研究的重點內容包括：手性有機分子在高分子結晶過程的作用機制；手性微環境下高分子如何實現從二維到三維的有序摺疊；手性如何對高分子晶型的形成產生影響等。初步研究表明，手性胺基酸分子在一定的條件下完全可以影響到聚合物的結晶形態和結晶機制，有效地充當大分子結晶的模板。這項研究不僅豐富和發展了高β相含量PVDF的製備手段，更為重要的是，相關規律的發現和深度認識，對於進一步揭示有關弱相互作用對高分子體系的結晶機制的影響﹑豐富有關結晶學的研究內容，進而建立起從手性小分子 - 聚合物結晶 - 功能材料製備的有機聯繫，具有良好的推動作用。
結題摘要
聚偏氟乙烯(PVDF)是一種多晶型的壓電聚合物。先前研究表明，其壓電性質明顯受到晶型含量的影響。本課題是在以前工作基礎上的延伸，旨在深入探討影響PVDF晶型分布的因素，繼而找到提高和改善PVDF壓電性能的關鍵。本課題取得的主要成果概述如下： （1）本研究小組前期的研究表明，極性的結晶環境有利於PVDF的極性相的發展。為此，我們嘗試了在PVDF溶劑成膜過程中加入若干種、適量的離子液體作為PVDF結晶的“調節劑”。結果表明，少量離子液體的加入明顯有助於極性相的提高和壓電性質的改善。本研究中壓電係數(d33)都顯示出20-60%的提高。同時發現，過多離子液體的加入並不有利於晶型的改變，通常體積比4%較好。 （2）PVDF高分子與納米摻雜體系的效果很大程度上取決於作用力性質、作用位點的多少和有效作用面積的高低。基於這個認識，我們嘗試在PVDF體系中加入氧化程度不同的多壁納米碳管(CNTs)。隨氧化程度的加深，CNTs表面的極性官能團增多，表面積增加，同時CNT的維數從一維向二維變化。研究結果表明，加入固定量的上述CNTs，可以明顯提高PVDF膜的相含量，從而有效提高樣品的壓電性質。 （3）與小分子不同，手性化合物對於高分子晶型的影響是一個相對複雜的問題。本課題分別採用D和L型聚苯丙氨酸（Phe）作為PVDF結晶的生長模板，研究了PVDF溶劑成膜的結晶生長規律。對所獲得的薄膜樣品加以熱退火(thermal annealing)處理，結果表明溶液樣品的溫度、酸鹼度和胺基酸類型都對樣品的晶型分布具有顯著影響。 此基金支持下，還探索了另外兩方面的工作：磁性納米吸附劑用於水環境中污染物的去除；功能陶瓷的設計、結構與性能研究。取得如下成果： （4） 採用一鍋法合成了氨基修飾、EDTA修飾的磁性納米吸附劑，可快速、高效去除水環境中的Cu2+，Pb2+，Ni2+等重金屬離子。改進方法合成的磁性氧化石墨烯，可快速、高效去除染料、農藥等有機物。其中對染料羅丹明B的吸附量比文獻報導值提高了數十到數百倍。這些材料可高效去除工業廢水中的重金屬離子和染料，去除效果不受水體中有機物和其他共存物的影響。 （5）對新型巨介電材料的結構與性能的研究。發現Cr3+/Cr6+和Ti3+/Ti4+的混價誘導的電子鐵電性導致了Ca2TiCrO6陶瓷的巨介電行為，而電極材料的種類和厚度不影響此材料的介電性質。
