[發明專利]具有可調折射率的納米填充的聚合物納米復合材料

有效

• 申請號: 201180015132.6
• 申請日: 2011-01-27
• 公開（公告）號: CN102869604A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 陶鵬;琳達·S·謝德勒;李玉;布萊恩·拜尼塞維茲;理查德·W·西格爾;阿南德·維斯瓦納特
• 申請（專利權）人: 倫斯勒理工學院;南卡羅萊納大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82B1/00
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業平;金小芳

對相關申請的交叉引用

根據35U.S.C.§119，本申請要求于2010年1月27日提交的美國臨時專利申請No.61/336,833的優先權，其全部內容通過引用的方式并入本文。

政府權利聲明

美國政府對本發明享有已付費的許可，并且在有限情況下有權要求專利所有人按照美國國家科學基金會（NSF）頒發的第EEC-0812056號撥款書的條款的規定在合理的條件下授予他人許可。美國政府享有本發明的某些權利。

技術領域

本發明總體上涉及納米粒子，更具體地涉及填充有納米粒子的納米復合材料。

背景技術

由于納米粒子具有獨特的物理和化學性質，因此其在電子、化學、光學和機械工業的廣泛應用中備受關注。納米粒子可由多種材料制成，并且通常被定義為直徑為1-100納米的粒子。近來，對納米粒子進行改性以改變其物理和化學性質已經成為重要的研究領域。

對納米粒子進行改性的一種方式是通過可逆加成-斷裂鏈轉移（reversible?addition-fragmentation?chain?transfer，RAFT）聚合來改性。RAFT是近來開發的受控快速聚合（controlled?rapid?polymerization，CRP）技術，其用于制備具有預定分子量、窄的多分散性和高級構造的聚合物材料。已經使用RAFT技術采用鍵合聚合物對納米粒子進行表面改性，以使納米粒子彼此之間的空間群集效應（steric?crowding）最小化并賦予改性粒子更優良的分散特性。

點擊化學是將小的重復單元連接在一起（通常通過偶極環加成）從而生成化合物（通常是聚合物）的化學技術。已經使用點擊化學技術采用高密度聚合物刷對納米粒子進行表面改性。

光學是已經使用納米粒子的諸多學科之一。具體而言，研究者已經嘗試使用納米粒子來改善納米復合材料的某些光學特性。然而，現有技術（諸如通過使用表面活性劑對納米粒子進行改性）在產生高折射率、高透射性的納米復合材料的能力方面是有限的。這些技術存在若干問題，包括聚集、散射增多和光損耗增多等問題。

發明內容

一方面，本發明涉及制備填充有納米粒子的納米復合材料的方法，該方法包括以下步驟：提供復數個納米粒子；通過磷酸酯鍵或膦酸酯鍵將第一層有機配體連接到所述納米粒子上；將第二層基質相容性聚合物共價連接到所述第一層有機配體上，從而制備改性納米粒子；提供聚合物基質；以及將所述改性納米粒子分散在所述聚合物基質中，其中所述改性納米粒子在所述聚合物基質中的分散產生納米復合材料，并且其中所述改性納米粒子被改性為所述第一層在所述納米粒子的近端、并且所述第二層在所述納米粒子的遠端。

第二方面，本發明包括改性納米粒子，其包含：納米粒子；通過磷酸酯鍵或膦酸酯鍵連接到所述納米粒子上的有機配體層；以及共價連接至所述有機配體層的聚合物；其中所述聚合物層的分子量大于1000，并且其中所述有機配體層和所述聚合物層中的至少一者包含具有疊氮、乙炔或三唑側鏈的重復單元。

第三方面，本發明包括用于制備填充有納米粒子的納米復合材料的方法，該方法包括以下步驟：提供有機配體；將基質相容性聚合物共價連接至所述有機配體，從而形成表面配體；提供復數個納米粒子，通過磷酸酯鍵或膦酸酯鍵將所述表面配體連接到所述納米粒子上，從而制備改性納米粒子；提供聚合物基質；以及將所述改性納米粒子分散在所述聚合物基質中，其中所述改性納米粒子在所述聚合物基質中的分散產生納米復合材料。

通過以下對本發明各個方面的詳細描述以及隨附的實施例，本發明的這些以及其他目的、特征和優點將變得清晰。

附圖說明

圖1示出了示例PGMA-改性二氧化鈦納米粒子的填充分數的變化對納米復合材料的折射率的影響的圖。

圖2示出了根據本發明的納米復合材料的透光率的圖，其中，在環氧樹脂基質中含有60%填充分數的PGMA-改性二氧化鈦納米粒子。

圖3示出了根據本發明的納米復合材料的透光率的圖，其中，在環氧樹脂基質中含有20%填充分數的PGMA-改性二氧化鈦納米粒子。

具體實施方式

本發明提供了改性納米粒子、納米復合材料以及制備改性納米粒子和制備納米復合材料的方法。以下描述旨在提供本發明的例子和解釋本發明的各方面如何相互關聯。然而，重要的是，應指出：本發明的范圍完全由權利要求書限定，而本說明不應當被理解為是對這些權利要求的限制。