有机无机杂化材料分析43页PPT
有机-无机杂化材料
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1.1 原位法
原位法是无机物前驱体与有机物在共溶 剂中均匀混合后再进行溶胶、凝胶化而 制得杂化材料的方法。
关键：选择具有良好溶解性能的共溶剂。
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1.2 溶胶-原位聚合法
有机高分子单体与无机溶胶均匀混 合后再引发单体聚合形成杂化材料 的方法。该方法也可在单体或无机 溶胶的金属原子（M）上引入交联剂、 螯合剂，增进聚合物-无机材料的相 容性。
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二.应用
*光学材料 *陶瓷材料 *凝胶材料 *生物材料
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光学材料
SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2等与聚甲基丙烯酸甲 酯、聚丙烯酸酯等光学透明高分子材料进行杂 化所得到的有机无机材料既具有高分子材料透 光性、柔韧性、易加工性等优点,又有无机光 学材料的高硬度、高模量、高耐划痕等机械性 能及优良的耐热、透气及对紫外光的吸收性能, 可用于光学透明材料。
它是通过聚合物熔体、溶液 或乳液将高聚物直接嵌入到 无机物片层的方法。
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3. 共混法
共混法类似于聚合物的共混改型，是有 机物（聚合物）与无机纳米粒子的共混， 该方法是制备杂化材料最简单的方法， 适合以各种形态的纳米粒子。为防止无 机纳米粒子的团聚，需对其表面进行改 性处理。
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杂化材料 制备进展
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杂化材料
*杂化材料二十世纪八十年代开 始兴起的一种新型材料
*该种材料尚没有统一严密的概 念，一般认为它是无机和有机成 分互相结合，特别是在微观尺寸 上结合得到的一类材料。
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*对无机和有机材料在宏观尺寸上 进行复合，以期改进单一材料的不 足，已经有相当长的历史。
有机-无机杂化PPT课件
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溶胶-凝胶(Sol-Gel)过程是一种用金属烷氧化物或金属无 机盐等前驱物[ Si(OC2H5)4] 在一定的条件下水解成溶胶 (Sol)，再缩聚成凝胶(Gel)，然后经溶剂挥发或加热等方法 处理而制成固体样品的方法。
以硅的醇盐为例,上述过程中发生的反应示意如下:
1）前驱物的水解
C2H5O
OC2H5 Si OC2H5 + 4H2O OC2H5
OH HO Si OH + C2H5OH
OH
2）缩聚
OH
OH
HO Si OH + HO Si OH
OH
OH
OH OH HO Si Si OH + H2O
OH OH
OH OH
OO
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PP/锂皂石共混样条断面SEM照片
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对无机和有机材料在宏观尺度上进行复合， 以期改进单一材料的不足，已经有相当长的历 史。 土砖即是用泥土掺杂少量的稻草烧结而成的， 稻草属于有机纤维类，它的加入，可以有效的 防止泥土烧结过程中裂缝的生成。
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微观层面上无机和有机组分的有效 复合就需要借助化学手段。
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杂化材料具有传统的无机和有机材料，以及传 统的宏观尺度复合物所没有的独特性能。
有机组分可以提供 柔韧性 化学反应性 可控的电学性能 光导性能和足够的发
光特性
无机组分可以提供 一系列磁学和电学性能
热力学，化学和机械稳定
有机-无机杂化材料
3.2 乳液共混法
先制备聚合物乳液，在与无 机纳米粒子均匀混合，最后 除去溶剂（水）而成型。
3.3 溶胶-聚合物共混法
有机盐（如有机醇盐）先水解脱醇、 脱水、缩合成溶胶或无机盐和金属 粉共混制成溶胶等方法再与有机高 分子溶液或乳液共混，发生胶化而 形成杂化材料。
4. 自组装法
自组装法制备有机-无机杂化材料的 基本原理是体系总是会自发地向自 由能减小的方向移动，形成共价键， 离子键或配位键，得到多层交替有 机-无机膜。
本方法以共价键印迹蛋白质,用草酸洗脱。 表面印迹有利于大分子蛋白质向印迹位 点的扩散和再结合,合成的印迹聚合物对 牛血清白蛋白的吸附率达44.5%,而其它 蛋白的吸附率小于17%,显示对模板蛋白 具有特异吸附能力。
1.1 原位法
原位法是无机物前驱体与有机物在共溶 剂中均匀混合后再进行溶胶、凝胶化而 制得杂化材料的方法。
关键：选择具有良好溶解性能的共溶剂。
1.2 溶-原位聚合法
有机高分子单体与无机溶胶均匀混 合后再引发单体聚合形成杂化材料 的方法。该方法也可在单体或无机 溶胶的金属原子（M）上引入交联剂、 螯合剂，增进聚合物-无机材料的相 容性。
杂化材料 制备进展
杂化材料
*杂化材料二十世纪八十年代开 始兴起的一种新型材料 *该种材料尚没有统一严密的概 念，一般认为它是无机和有机成 分互相结合，特别是在微观尺寸 上结合得到的一类材料。
*对无机和有机材料在宏观尺寸上 进行复合，以期改进单一材料的不 足，已经有相当长的历史。
*土砖即是用泥土掺杂少量的稻草烧 结而成的，稻草属于有机纤维类， 它的加入，可以有效的防止泥土烧 结过程中裂缝的生成。
*微观层面上无机和有机组分的有 致复合就需要借助化学手段。
无机化学 杂化轨道理论 PPT课件
不等性杂化
有单电子的 sp3 杂化轨道 与 H 的 1s 成 键；
故 H2O 分子呈 “V ” 字形 结构
sp3
不等性杂化
有对电子的 sp3 杂化轨道 不成键，为孤电子对。
H－O－H 键角本应 109°28′ 但由于孤电子对对于成键电对的 斥力，该键角变小，成为 104°45′
NH3 三角锥形 中心 N 原子 sp3 不等性杂化
sp3
不等性杂化
sp3
不等性杂化
3 条有单电子的 sp3 杂化轨道
分别与 H 的 1s 成 键。
分子呈三 角锥形结构
••
N
H
H
H
sp3
不等性杂化
由于孤电子对的影 响，H－N－H 角变小，
H 为 107°18′
•• N
H H
sp3不等性杂化hoh键角本应10928但由于孤电子对对于成键电对的的斥力该键角变小成为为10445nh3三角锥形中心n原子sp3不等性杂化sp3不等性杂化3条条有单电子的sp3杂化轨道分别与h的1s成??键
5. 4 杂化轨道理论
价键理论中讲过，CH4 形 成的过程中， 碳原子有激发的 步骤，以得到 4 个单电子。
杂化过程中形成的杂化轨道的 数目，等于参加杂化的轨道的数。
CH4 中参加杂化的有 2s，2px， 2py，2pz 共 4 条原子轨道。
形成的杂化轨道也是 4 条。 4 条形状和能量完全相同的 sp3 杂化轨道。
杂化过程的实质是波函数 的线性组合，得到新的波函数 —— 杂化轨道的波函数。
例如 s 和 px 杂化，产生两条
平行，两个 pz 之间成 键。
＋
＋
－
－
故乙烯中有 C = C 的存在。
有机无机杂化材料研究进展PPT演示文稿
[11]刘丰祎,符连社,王俊,张洪杰,有机-无机杂化中孔材料研究进展 [J],2002,657-662.
[9] Lingxia Zhang, Wenhua Zhang et.at.all. A new thioether functionalized organic–inorganic mesoporous composite as a highly selective and capacious Hg2+ adsorbent[J]. Chem Comm.2002,210-211.
表面活性剂有机—无机杂化材料研究进展
主要内容
➢ 概念 ➢ 功能 ➢ 相关应用 ➢ 合成方法 ➢ 研究展望 ➢ 参考文献
有机—无机杂化材料
在20世纪70年代末, 出现了聚合物-SiO2的杂 化材料, 但当时还没有杂化材料的概念。1984 年,Schmidt等人首先提出了有机-无机杂化材 料的概念。
除硫醚功能化介孔材料外,美国的Jaroniec等合成了含 有异氰尿酸功能基团(硅酯25)的PMOs材料,该材料对 Hg2+的吸附量可达1800mg/g。
光学材料
在有机-无机杂化介孔材料中引入憎水性的有机基团，大大降低 材料的介电常数，因此有机-无机杂化介孔膜材料将有可能在非 线性光学材料领域有潜在的应用价值。 曹峰[6]等人制备了一种新型的光敏聚酰亚胺/二氧化硅杂化材料 ，该材料除保持光敏聚酰亚胺原有的感光性能外，其热稳定性能 、力学性能及与基底的粘附性能均有明显地提高。
尽管有机-无机杂化材料在多种应用领域已显示了它的 优异性能和巨大潜力,但它仍是一个年轻尚需进一步研 究的领域,如杂化材料的的杂化机理、 材料的结构与 性能的关系、 反应条件对杂化材料性能的影响等方面 都需要进一步的研究。随着人们对杂化材料的深入研 究及其新功能的不断开发, 它作为一种性能优异的新 型材料, 必将发挥更大的作用。
有机无机杂化材料研究进展详解演示文稿
有机无机杂化材料研究进展详解演示文稿有机无机杂化材料（Organic-Inorganic Hybrid Materials）是一类由有机和无机两种材料相互作用形成的新材料，通常具有兼具有机物和无机物的优点。
这类材料拥有丰富的性质和应用潜力，因此在材料科学领域备受研究者的关注。
下面我们将详细介绍有机无机杂化材料的研究进展。
首先，有机无机杂化材料的种类与合成方法是研究的重点之一、根据有机物和无机物的相对含量，可以将有机无机杂化材料分为两大类：有机/无机比例不高的杂化材料和有机/无机比例较高的杂化材料。
有机/无机比例不高的杂化材料主要包括无机颗粒包覆有机分子的纳米复合材料和无机网格中杂有有机分子的杂化金属有机骨架材料。
而有机/无机比例较高的杂化材料则有无机颗粒分散在有机基质中的无机颗粒增韧共混物和有机分子与无机部分相互穿插的无机有机混合聚合物。
其次，有机无机杂化材料在能源和环境领域的应用也是研究的热点。
例如，有机无机杂化材料可以作为光电转换材料，用于太阳能电池和光催化领域。
此外，有机无机杂化材料还可以用于制备高性能的超级电容器材料和锂离子电池材料，提高储能性能。
同时，有机无机杂化材料还可以作为催化剂用于有机物降解、污水处理和废气处理等环境领域。
第三，有机无机杂化材料的特殊性能也吸引着研究者的兴趣。
例如，有机/无机界面的协同效应可以使杂化材料具有优异的力学性能、光学性能和电学性能。
此外，有机无机杂化材料还具有可调控的磁性、导热性和电磁波吸收性能，为实现特定应用提供了可能。
最后，有机无机杂化材料的未来发展方向也值得关注。
一方面，研究人员将继续改进有机无机界面的结构和性能，以实现更好的杂化效果。
另一方面，研究人员将进一步探索有机无机杂化材料的应用领域，如传感器、光电子器件和生物医学等领域。
总而言之，有机无机杂化材料的研究进展已经取得了重要的突破，并且在能源、环境以及其他领域的应用也取得了显著的成果。
然而，仍然有许多待解决的科学问题和技术挑战需要进一步研究和探索。
有机无机杂化材料
材料化学专业杂化材料结课论文题目:有机/无机纳米杂化材料摘要随着现代科技的发展，单一性能的材料已不能满足人们的需要。
目前通过两种或多种材料的功能复合，性能互补和优化，可以制备出性能优异的复合材料。
无机有机杂化材料是无机材料和有机材料在纳米尺度结合的复合材料，两相间存在强的作用力或形成互穿网络结构。
环氧树脂有诸多方面的优点，然而，由于环氧树脂是交联度很高的热固性材料，它的裂纹扩展属于典型的脆性扩展，其固化物脆性大、耐热性差、抗冲击强度低、易开裂，难以满足日益发展的工程技术的要求，从而限制了环氧树脂的进一步应用。
目录摘要 (I)第1章绪论 (4)1.1有机/无机纳米杂化材料 (4)1.2 纳米材料的特点 (5)1.3 有机/无机纳米杂化材料的研究现状及应用 (6)第2章有机无机纳米杂化材料的制备方法 (8)2.1 溶胶--凝胶法 (8)2.2 有机与无机两相间以共价键结合 (9)2.3 插层复合法 (9)2.4 前驱体法 (11)2.5 LB膜技术 (11)第3章环氧树脂/SiO2-TiO2纳米杂化材料 (12)3.1环氧树脂/SiO2-TiO2纳米杂化材料 (12)总结 (14)参考文献 (15)第1章绪论1.1有机/无机纳米杂化材料有机无机纳米杂化材料是有机和无机成分相互结合，特别是在微观尺寸上结合得到的一种材料。
制备纳米材料的方法主要有物理方法和化学方法，物理方法有：真空冷凝法、物理粉碎法、机械球磨法；化学方法有：气相沉积法、水热合成法、沉淀法、溶胶凝胶法、微孔乳液法。
无机组分和有机组分的复合,可以形成光学材料、耐高温材料、力学材料等多种功能材料[1]。
尽管种类千变万化但根据其两相间的结合方式和组成材料的组分，可将无机有机杂化材料大致分为以下两种类型。
(1)有机分子或聚合物简单包埋于无机基质中，制备此类杂化材料可以采用预先掺杂法，也可以采用凝胶浸渍法，此时无机组分与有机组分之间通过弱键如范德华力、氢键或子间作力而相互连接。
有机无机纳米杂化材料
有机无机纳米杂化材料有机无机纳米杂化材料是指将有机材料和无机材料通过合成或组装的方法结合起来形成的一种新型材料。
由于具有有机和无机材料的优点，有机无机纳米杂化材料在多个领域中具有广泛的应用潜力，如能源储存与转换、电子器件、传感器、催化剂等。
本文旨在介绍有机无机纳米杂化材料的合成方法、结构特点及其应用方面的研究进展。
有机无机纳米杂化材料的合成方法多种多样，一般可分为几种主要的合成策略，如溶胶-凝胶法、界面反应法、层状组装法等。
其中，溶胶-凝胶法是最常用的方法之一、该方法通过将无机颗粒溶解到溶胶中，然后通过凝胶化、热处理等过程形成纳米杂化材料。
界面反应法则是通过界面反应、交联等方法将有机和无机材料的界面结合在一起。
层状组装法则是将有机材料和无机材料通过层状组装的方法结合在一起，形成纳米杂化材料。
有机无机纳米杂化材料的结构特点与其组成的有机和无机材料的性质密切相关。
一方面，有机材料的柔软性和可变性使得纳米杂化材料具有良好的可调性和可控性。
另一方面，无机材料的稳定性和硬度使得纳米杂化材料具有优异的力学性能和热稳定性。
此外，有机无机纳米杂化材料还具有较大的比表面积和孔隙结构，这使其在催化剂、气体吸附、电池等领域中有着重要的应用。
有机无机纳米杂化材料在能源储存与转换方面的研究进展较为显著。
例如，将无机纳米材料与导电聚合物杂化可以制备出具有高导电性和优良力学性能的电极材料，用于锂离子电池和超级电容器的制备。
此外，有机无机纳米杂化材料在太阳能电池中也有广泛的应用，可以提高光吸收效率和电荷传输速度。
在电子器件领域，有机无机纳米杂化材料的研究也取得了一些进展。
例如，将有机半导体和无机颗粒杂化可以制备出具有高电子传输率和稳定性的有机-无机光电器件。
这些器件可以应用于有机电子学领域，如有机太阳能电池、有机场效应晶体管等。
此外，有机无机纳米杂化材料在传感器和催化剂领域也有着广泛的应用。
将有机材料与金属氧化物或金属纳米颗粒杂化可以获得高灵敏度、高选择性和良好稳定性的传感器。
5.3有机无机杂化材料
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• 层层组装法：基于聚电解质经典吸附的组 装方式，带有相反电荷的两种组分间进行 交替沉积。
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• Burhard等利用低温化学浴沉积技术制备了 TiO2层，并结合多层聚电解质的组装得到了 仿贝壳珍珠层复合薄膜。当TiO2/PE的厚度 比达到10:1时，该复合材料的断裂韧性、硬 度和杨氏模量都达到最大值。
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2.1自下而上自组装方法
• 有机相作为模板控制晶体生长的取向，无 机相晶体则是在过饱和溶液中成核并生长。 结合自组装和其他技术、借助物理和化学 手段改善界面性质。
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2.2定向冻融法
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定向冻融法
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2.3电泳沉积法
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电泳沉积法
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2.4 自组装LBL(layer-by-layer)法
结构！！
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作业
1.荷叶的超疏水效应是怎么实现的？ 2.壁虎脚趾为什么有那么强的吸附力？谍中谍4中， 汤姆克鲁斯的手套失效是为什么？他的手套的原理 和壁虎的是一样的吗？ 3.仿蝴蝶结构的材料为什么同样的物质会有不同的 颜色？
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1.仿生材料概述
• 仿生材料指模仿生物的各种特点或特性而 开发的材料。仿生材料学是仿生学的一个 重要分支，是化学、材料学、生物学、物 理学等学科的交叉。受生物启发或者模仿 生物的各种特性而开发的材料称仿生材料， 仿生材料在21世纪将为人类做出更大的贡 献。
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• 在地球上所有生物都是由理想的无机或有 机材料通过组合而形成,例如能够跳动80 年 都不停止的人类心脏；几乎不发热量的冷 血昆虫。从材料化学的观点来看,仅仅利用 极少的几种高分子材料所制造的从细胞到 纤维直至各种器官能够发挥如此多种多样 的功能,简直不可思议。动植物为了铸造自 己身体所用的材料在有机系列里有纤维素、 木质素、甲壳质、蛋白质和核酸等等,其构 造非常复杂。
有机无机杂化材料
电子显微镜
图10.15 Au粒 子的尺寸控制 a) 2.5; b) 4; c) 6nm
有机无机杂化料
有机高分子/无机纳米杂化结构材料 加入少量一种组分改善力学性能 可调节的性能
有机无机杂化材料
加入少量一种组分改善力学性能
照或加热情况下聚合的基团。
有机无机杂化材料
有机无机杂化材料
预聚体杂化
图14-6 利用模板制备杂化材料
有机无机杂化材料
嵌段共聚物杂化
图14-7 (A-B)n 型嵌段高聚物(PS-PI)形态图, s 是PS组 分的体积分数
有机无机杂化材料
杂化材料的表征
跟踪反应过程：荧光光谱法， 核磁共振法，动态光散射法等,
尺寸 (nm) 10 4 2 1
总原子数
3104 4103 2.5102
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表面原子所占百分数
20 40 80 99
有机无机杂化材料
纳米材料中晶体内缺陷出现的几率 小。
纳米材料可以兼顾无机物分子的分 立能级和半导体的连续谱的优点。
量子尺寸效应 组成的方式要较大尺寸粒子的组成
方式多得多
有机无机杂化材料
有机无机杂化材料
分子间小分子杂化
1. 有机小分子
无机小分子
│
↓
│
无机高分子
│
│
└──────────┘
↓
有机小分子分散在无机高分子中
图 14-1 有机小分子嵌夹在无机网络中( 是有机小分子)
有机小分子可以具有荧光、光致变色或非线性光学性质；无 机高分子是SiO有机2无，机杂T化iO材料2 或过渡金属氧化物凝胶等。
有机无机钙钛矿材料ppt课件
二、有机-无机杂化钙钛矿结构
1.钙钛矿结构
结构通式：ABO3
晶体结构：立方晶系
A
O
典型的钙钛矿结构材料为CaTiO3
A ：碱土或稀土离子rA > 0.090nm
B
B ：过渡金属离子rB > 0.051nm
O2-和半径较大的Ca2+共同组成立方紧密堆 积(面心结构)，Ti4+填充在位于体心的八面 体间隙中。(注：待会删，陈蓉可演讲时讲)
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
3.在激光器上的应用
钙钛矿材料作为激光材料的优势： •对于量子激光的增益效果十分好 •俄歇复合率也较低 •具有阈值低的特性
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
4.在传感器和探针方面的应用
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
5.其它应用
有机一无机杂化钙钛矿材料在电子学、磁学和热学方面也具有十分良好的性质， 故在微电子器件方面得到广泛应用。
1.光吸收性质——钙钛矿太阳能电池
优点： •节能 •环保 缺点： •光电转换效率低
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二、有机-无机杂化钙钛矿的应用
基于有机-无机杂化钙钛矿材料 (CH3NH3PbX3) 制备的太阳 电池效率自 2009 年从 3.8% 增长到 19.6%。
光
电 转
PV—有机太阳能电池
换 效 率
DSSC—染料敏化太阳能电池 a-Si—非晶硅太阳能电池
Gustav Rose在1839年发现，后来由俄罗斯矿物学家L. A. Perovski 命 名。结构式一般为ABX3，其 中 A 和 B 是两种阳 离 子，X 是阴离子。
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一、有机-无机杂化钙钛矿材料概述
什么有机-无机杂化钙钛矿？