电子纸用二氧化钛颗粒的表面改性的研究-课件.ppt

1、LOGO指导教师：指导教师：电子纸用二氧化钛颗粒的表面改电子纸用二氧化钛颗粒的表面改性研究性研究n班级：班级：1111级印刷工程二班级印刷工程二班n学生：学生：n学号：学号：答辩提纲答辩提纲u第一部分第一部分 课题研究的目的和意义课题研究的目的和意义u第二部分第二部分 实验部分实验部分u第三部分第三部分 结果分析与讨论结果分析与讨论 u第四部分第四部分 结论结论研究的目的及意义研究的目的及意义电子纸利用电泳颗粒的双稳性实现显示功能，是一种超薄、柔软的电子电子纸利用电泳颗粒的双稳性实现显示功能，是一种超薄、柔软的电子显示器，电泳颗粒直接影响电子墨水的对比度、图像灰度、响应时间等显示器，电泳颗粒直

2、接影响电子墨水的对比度、图像灰度、响应时间等质量问题。本文研究的质量问题。本文研究的TiO2颗粒存在的密度大、在有机溶剂分散性比较颗粒存在的密度大、在有机溶剂分散性比较差以及电泳性能不理想等缺陷，因此选用差以及电泳性能不理想等缺陷，因此选用PVA改性改性TiO2颗粒，主要使颗粒，主要使PVA吸附在吸附在TiO2颗粒表面，在颗粒表面形成一层分子膜以阻碍颗粒间的颗粒表面，在颗粒表面形成一层分子膜以阻碍颗粒间的相互接触，从而达到增大颗粒带电量和改善颗粒分散性的目的；选用乙相互接触，从而达到增大颗粒带电量和改善颗粒分散性的目的；选用乙烯基三烯基三-甲氧基乙氧基硅作为改性剂，甲氧基乙氧基硅作为改性剂，T

3、iO2颗粒和偶联剂发生反应，生颗粒和偶联剂发生反应，生成成-Si-O-键，使硅烷偶联剂接枝到键，使硅烷偶联剂接枝到TiO2颗粒表面，增加其与有机溶剂的颗粒表面，增加其与有机溶剂的亲和性；两种改性剂都可以提高亲和性；两种改性剂都可以提高TiO2颗粒与有机溶剂的亲和性，增加其颗粒与有机溶剂的亲和性，增加其悬浮稳定性，同时使悬浮稳定性，同时使TiO2颗粒与有机溶剂的密度更匹配。颗粒与有机溶剂的密度更匹配。电子纸的实用技术电子纸的实用技术 实验部分实验部分仪器名称仪器名称仪器型号仪器型号生产厂家生产厂家多功能搅多功能搅拌器拌器HJ-5常州国华仪器有限常州国华仪器有限公司公司电子天平电子天平JY502上

4、海浦春计量仪器上海浦春计量仪器有限公司有限公司电热鼓风电热鼓风干燥箱干燥箱WGL天津市泰斯特仪器天津市泰斯特仪器有限公司有限公司通风橱通风橱大连赛博斯特大连赛博斯特通风橱通风橱大连赛博斯特实验大连赛博斯特实验室装备有限公司室装备有限公司表表2-2 实验实验中所用的化中所用的化学试剂学试剂试剂名称试剂名称分子式分子式分子量分子量 化学性质化学性质生产厂家生产厂家钛酸四丁酯钛酸四丁酯C16H36O4Ti 340.32化学纯化学纯上海展云化工有限公上海展云化工有限公司司冰醋酸冰醋酸C2H4O260分析纯分析纯天津市瑞金特化学品天津市瑞金特化学品有限公司有限公司PVAC2H4On44.05分析纯分析纯

5、天津市天力化学试剂天津市天力化学试剂有限公司有限公司氢氧化钠氢氧化钠NaOH40分析纯分析纯天津市凯通化学试剂天津市凯通化学试剂有限公司有限公司无水乙醇无水乙醇CH3CH2OH 46.07分析纯分析纯天津市天力化学试剂天津市天力化学试剂有限公司有限公司去离子水去离子水H2O18 订购订购乙烯基三乙烯基三-甲氧甲氧基乙氧基硅烷基乙氧基硅烷C11H24O6Si280.4分析纯分析纯东京化成工业株式会东京化成工业株式会社社实验仪器实验仪器 TiO2颗粒实验结果与分析实验结果与分析改性前改性前TiO2颗颗粒的粒的XRD图图，XRD图图在在2值值分分别为别为25.29，37.80，48.12，41.37

6、，53.92，55.17，62.72 处处的衍的衍射峰分射峰分别对应别对应着着锐钛矿锐钛矿相相结结构构中中(101)、(004)、(200)、(105 and 211)、（、（204）晶面）晶面的衍射，的衍射，为锐钛矿为锐钛矿相的特征相的特征衍射峰，衍射峰，说说明本明本实验实验用溶用溶胶胶凝凝胶胶法于法于500下下煅烧煅烧3小小时时制制备备所得的所得的TiO2颗颗粒晶型粒晶型为锐钛矿为锐钛矿相晶型，各衍射峰相晶型，各衍射峰强度均很尖强度均很尖锐锐，说说明本明本实验实验制制备备的的锐钛矿锐钛矿相晶型相晶型TiO2颗颗粒的晶型非常粒的晶型非常纯净纯净。XRD图图在在2值值分分别为别为27.49，3

7、6.16，39.18，41.37，44.03，54.34，56.66，62.67，64.11，69.03，69.86 处处的衍射峰分的衍射峰分别别对应对应着金着金红红石相石相结构结构中中(110)、(101)、(200)、(111)、(210)、(211)、(220)、(002 and 310)、(301)、(112)晶面的衍射，晶面的衍射，为为金金红红石相的特征衍射峰，石相的特征衍射峰，说说明本明本实验实验用溶用溶胶胶凝凝胶胶法于法于900下下煅烧煅烧2.5个个小小时时制制备备所得的所得的TiO2颗颗粒晶型粒晶型为为金金红红石相晶型，各石相晶型，各衍射峰强度均很尖衍射峰强度均很尖锐锐，说说明

8、本明本实验实验制制备备的金的金红红石相晶型石相晶型TiO2颗颗粒的晶型非常粒的晶型非常纯净纯净。500100015002000250030003500204060801002921Transmittance(a.u.)wavenumber(cm-1)342814421636521 PVA改性金红石TiO2500100015002000250030003500020406080100Transmittance(a.u.)wavenumber(cm-1)没改性金红石TiO2521 改性之后新出改性之后新出现现的的1442cm-1处处峰峰归属归属于于PVA中中CH3-和和-CH2-的的变变形振形振动

9、动峰，峰，2921cm-1处处峰峰归属归属于改性于改性剂剂PVA中中CH3-和和-CH2-的伸的伸缩缩振振动动峰，峰，由此可以由此可以证证明改性明改性剂剂PVA成功吸附在成功吸附在TiO2颗颗粒的表面上。粒的表面上。图图12（a）、（）、（b）分别为）分别为PVA改性前后金红石型改性前后金红石型TiO2颗粒颗粒的红外光谱图，从图（的红外光谱图，从图（a）中可以看出）中可以看出521cm-1处吸收峰归处吸收峰归属于属于TiO2颗粒的颗粒的Ti-O-Ti的骨架伸缩振动峰；而从（的骨架伸缩振动峰；而从（b）图）图可知，新出现的可知，新出现的1442cm-1处峰归属于处峰归属于PVA中中CH3-和和-

10、CH2-的变形振动峰，的变形振动峰，1636cm-1处吸收峰为处吸收峰为TiO2颗粒表面羟基振颗粒表面羟基振动峰，动峰，2921cm-1处峰归属于改性剂处峰归属于改性剂PVA中中CH3-和和-CH2-的的伸缩振动峰，伸缩振动峰，3428cm-1处峰归属于处峰归属于TiO2颗粒吸附水的伸缩颗粒吸附水的伸缩振动峰，由此可以证明改性剂振动峰，由此可以证明改性剂PVA成功吸附在成功吸附在TiO2颗粒的颗粒的表面上。表面上。未未改性的改性的金红石型金红石型TiO2颗颗粒在无水乙醇中的粒在无水乙醇中的团团聚聚严严重，重，PVA改性改性后的金后的金红红石型石型TiO2颗颗粒分散性粒分散性稳稳定性有所提高，相

11、定性有所提高，相对对于改性前的于改性前的TiO2颗颗粒分布更均粒分布更均匀匀。原因是：。原因是：金红石型金红石型TiO2颗颗粒分散到粒分散到PVA水水溶液中，溶液中，使使PVA吸附在吸附在TiO2颗颗粒粒表面表面，在，在颗粒颗粒表面形成一表面形成一层层分子分子膜以阻碍膜以阻碍颗颗粒粒间间的相互接的相互接触触，空间位阻增大，可能也存在静电作空间位阻增大，可能也存在静电作用，因此，有效的改善了用，因此，有效的改善了TiO2颗颗粒粒的分散稳定性。的分散稳定性。图13 光学显微镜图（)从上图可以看出在从上图可以看出在90下搅拌而且不使下搅拌而且不使用乙醇洗涤的条件下锐钛矿型用乙醇洗涤的条件下锐钛矿型T

12、iO2纳米纳米颗粒沉降速度最慢，锐钛矿型颗粒沉降速度最慢，锐钛矿型TiO2纳米纳米颗粒的悬浮稳定性最好。颗粒的悬浮稳定性最好。PVA的溶解度的溶解度为为90，所以在溶解度以上反应效果会所以在溶解度以上反应效果会更加的理想；更加的理想；PVA对对TiO2颗粒的改性机颗粒的改性机理是理是：TiO2颗粒分散到颗粒分散到PVA水溶液中水溶液中，通过加热、搅拌，使通过加热、搅拌，使PVA吸附吸附在在TiO2颗颗粒，这种方法结合不牢固，易于脱离，粒，这种方法结合不牢固，易于脱离，因此使用无水乙醇多次洗涤，会把聚乙因此使用无水乙醇多次洗涤，会把聚乙烯醇洗掉，反而影响改性效果。烯醇洗掉，反而影响改性效果。上图

13、观察得出上图观察得出：PVA改性的金改性的金红红石型石型TiO2颗颗粒在四粒在四氯氯乙乙烯烯中的分散中的分散稳稳定性得到提高，定性得到提高，其中未改性的金其中未改性的金红红石型石型TiO2颗颗粒粒3小小时时后完全沉降，改性后的金后完全沉降，改性后的金红红石型石型TiO2颗颗粒粒稳稳定定的分散在溶的分散在溶剂剂中中。其原因。其原因为为：PVA吸附在吸附在TiO2颗颗粒表面，降低粒表面，降低TiO2颗颗粒的表面能，增粒的表面能，增大大颗颗粒粒带电带电量和改善量和改善颗颗粒分散性，因此存在的一定的粒分散性，因此存在的一定的静电静电作用，同作用，同时时也增加了空也增加了空间间位位阻，阻，从从而增加了而

14、增加了悬悬浮浮稳稳定性。定性。硅烷改性后的锐钛矿型硅烷改性后的锐钛矿型TiO2颗粒的颗粒的FTIR表表征征5001000150020002500300035002040608010034121624472Transmittance(a.u.)wavenumber(cm-1)锐钛矿没改性TiO2500100015002000250030003500204060801004721627342129271053Transmittance(a.u.)wavenumber(cm-1)硅烷改性锐钛矿TiO2改性后新出改性后新出现现的的1053 cm-1处处吸收峰吸收峰为为Si-O-Si的振的振动动吸收峰，

15、吸收峰，2927cm-1处处峰峰归属归属于改性于改性剂剂硅硅烷烷中中CH3-和和-CH2-的伸的伸缩缩振振动动峰峰，由此可以由此可以证证明改性明改性剂剂硅硅烷烷成功接枝在成功接枝在TiO2颗颗粒的表面上。粒的表面上。u图图15（a）、（）、（b）为硅烷改性前后锐钛矿型）为硅烷改性前后锐钛矿型TiO2颗粒的颗粒的红外光谱图，从图（红外光谱图，从图（a）中可以看出）中可以看出476cm-1处吸收峰归处吸收峰归属于属于TiO2颗粒的颗粒的Ti-O-Ti的骨架伸缩振动峰，的骨架伸缩振动峰，1624cm-1处处吸收峰为吸收峰为TiO2颗粒表面羟基的振动峰，颗粒表面羟基的振动峰，3412cm-1处吸收处吸

16、收峰归属于峰归属于TiO2颗粒吸附水的伸缩振动峰；而从（颗粒吸附水的伸缩振动峰；而从（b）图）图可看出，可看出，472cm-1处吸收峰归属于处吸收峰归属于TiO2颗粒的颗粒的Ti-O-Ti的的骨架伸缩振动峰，骨架伸缩振动峰，1627cm-1处吸收峰为处吸收峰为TiO2颗粒表面羟颗粒表面羟基的振动峰，基的振动峰，3421cm-1处吸收峰归属于处吸收峰归属于TiO2颗粒吸附水颗粒吸附水的伸缩振动峰；而新出现的的伸缩振动峰；而新出现的1053 cm-1处吸收峰为处吸收峰为Si-O-Si的振动吸收峰，的振动吸收峰，2927cm-1处峰归属于改性剂处峰归属于改性剂硅烷硅烷中中CH3-和和-CH2-的伸缩

17、振动峰，由此可以证明改性剂硅烷的伸缩振动峰，由此可以证明改性剂硅烷成功接枝在成功接枝在TiO2颗粒的表面上。颗粒的表面上。改性的改性的锐钛矿锐钛矿型二型二氧氧化化钛钛在无水乙醇中的在无水乙醇中的团团聚聚严严重，硅重，硅烷烷改性后的改性后的锐钛矿锐钛矿型二型二氧氧化化钛钛分散性分散性稳稳定性更好，相定性更好，相对对于改性前的于改性前的TiO2颗颗粒分粒分布更均布更均匀匀。原因是：。原因是：锐钛矿锐钛矿型型TiO2颗颗粒和偶粒和偶联剂发联剂发生生了了反反应应，生成，生成-Si-O-键键，使硅，使硅烷烷偶偶联剂联剂接枝到接枝到TiO2纳纳米米颗颗粒表面，增加其粒表面，增加其与与有机有机溶溶剂剂的的亲

18、亲和性，增加其和性，增加其分散分散稳稳定性，同定性，同时时使使TiO2颗颗粒粒与与有机溶有机溶剂剂的的密度更匹配。密度更匹配。图16 光学显微镜图（)图17 未改性锐钛矿型TiO2颗粒和硅烷改性锐钛矿型TiO2颗粒沉降情况（a为0小时，b为6小时）上上图观图观察得出：硅察得出：硅烷烷改性的改性的锐钛矿锐钛矿型型TiO2颗颗粒在四粒在四氯氯乙乙烯烯中的分散中的分散稳稳定性得到定性得到提高，其中未改性的提高，其中未改性的锐钛矿锐钛矿型型TiO2颗颗粒粒6小小时时后完全沉降，改性后的后完全沉降，改性后的锐钛矿锐钛矿型型TiO2颗颗粒粒稳稳定的分散在溶定的分散在溶剂剂。这是因为这是因为使硅使硅烷烷偶偶

19、联剂联剂接枝到接枝到TiO2颗颗粒表面，增粒表面，增加其加其与与有机溶有机溶剂剂的的亲亲和性和性和分散和分散稳稳定性，定性，有效的提高了有效的提高了TiO2颗颗粒粒的悬浮稳定性。的悬浮稳定性。结结 论论u（1）XRD表明在表明在500和和900下分别煅烧，可以得到锐钛矿型下分别煅烧，可以得到锐钛矿型和金红石型的和金红石型的TiO2颗粒；颗粒；u（2）分析分析PVA改性的金红石型改性的金红石型TiO2颗粒颗粒傅里叶红外光谱图中，傅里叶红外光谱图中，1442cm-1处峰归属于处峰归属于PVA上上CH3-和和-CH2-的变形振动峰，的变形振动峰，2921cm-1处峰归属于改性剂处峰归属于改性剂PVA

20、中中CH3-和和-CH2-的伸缩振动峰，的伸缩振动峰，这些吸收峰都是改性剂这些吸收峰都是改性剂PVA的特征吸收峰的特征吸收峰，这说明这说明PVA成功的成功的吸附吸附在在TiO2表面表面；u（3）分析分析乙烯基乙烯基3-甲氧基乙氧基硅烷改性的锐钛矿型甲氧基乙氧基硅烷改性的锐钛矿型TiO2颗颗粒粒傅里叶红外光谱图中，傅里叶红外光谱图中，1053 cm-1处吸收峰为处吸收峰为Si-O-Si的振动吸的振动吸收峰，收峰，2927cm-1处峰归属于改性剂处峰归属于改性剂硅烷硅烷中中CH3-和和-CH2-的伸缩振的伸缩振动峰，这些吸收峰都是改性剂动峰，这些吸收峰都是改性剂乙烯基乙烯基3-甲氧基乙氧基硅烷甲氧基乙氧基硅烷的特的特征吸收峰征吸收峰，这说明这说明乙烯基乙烯基3-甲氧基乙氧基硅烷甲氧基乙氧基硅烷成功的键接在成功的键接在TiO2表面表面；u（4）光学显微镜分析观察，电泳颗粒的分散稳定性提高；光学显微镜分析观察，电泳颗粒的分散稳定性提高；u（5）结合）结合分散稳定性和沉降分散稳定性和沉降行为行为的情况的情况:改性后的改性后的TiO2颗粒的颗粒的悬浮稳定性提高。悬浮稳定性提高。感谢各位老师感谢各位老师