[發明專利]聚乙烯基咔唑插層水滑石熒光薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201410563423.4
• 申請日: 2014-10-21
• 公開（公告）號: CN104449691A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 劉曉磊
• 申請（專利權）人: 淄博職業學院
• 主分類號: C09K11/64
• 分類號: C09K11/64;C01B33/44
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 耿霞

技術領域

本發明屬于有機－無機復合材料領域，具體涉及一種聚乙烯基咔唑插層水滑石熒光薄膜及其制備方法。

背景技術

咔唑是一種重要的含氮原子雜環類有機化合物，其衍生物作為優良的光學材料和精細化學品的中間體，在諸如偶氮染料、有機發光材料、醫藥、橡膠助劑等領域有廣泛的應用。以咔唑及其衍生物為單體合成的聚合物具有卓越的導熱、導電、熒光發射性能；且具有半導體和光導性能，還可以作為電荷轉移復合物的原料使用。近年來咔唑及其衍生物的聚合產物得到了越來越多的關注，是多個應用領域的研究熱點。

水滑石(LDHs)是由層間陰離子及帶正電荷層板堆積而成的化合物。LDHs的化學組成具有如下通式：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+(A^n–)_x/n·mH₂O，其中M²⁺和M³⁺分別為位于主體層板上的二價和三價金屬陽離子，如Mg²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺等二價陽離子和Al³⁺、Cr³⁺、Co³⁺等三價陽離子均可以形成水滑石；A^n–為層間陰離子，包括無機陰離子，有機陰離子，配合物陰離子等；x為M³⁺/(M²⁺+M³⁺)的摩爾比值，大約為1：5到1：3；m為層間水分子的個數。水滑石化學穩定性良好，具有較強的抗熱和耐腐蝕性能，且LDHs層板金屬離子可調變，層間陰離子具有可交換性，多種功能性陰離子都可通過離子交換進入層間。目前已經得到多種功能型復合材料，使得LDHs在高性能催化材料、生物材料、電子材料、吸波材料、環保材料等新興領域展示出了廣闊的應用前景。LDHs薄膜材料更有利于實現功能LDHs材料的器件化，顯著拓寬了其在工業上的應用。目前水滑石材料成膜的方法主要有：溶劑蒸發法，層層組裝法，原位生長法。其中原位生長法是在鋁基底上直接生長得到，成膜后具有不易脫落、機械強度大，耐腐蝕性強等優點，因此得到了越來越多的關注和實際應用。

在文獻(1)苯并咔唑插層水滑石復合發光材料及其制備方法，發明專利CN200810227218中，閆東鵬等人將2-羥基苯并咔唑-3-羧酸根陰離子插層水滑石粉體的層間。發現將苯并咔唑插入水滑石層間后形成了新型有機—無機復合物，實現了苯并咔唑分子在分子尺度上定向排列和均勻分散，有效避免了有機分子團聚造成的熒光量子效率降低的問題，提高了苯并咔唑的發光效率和化學穩定性。

在文獻(2)Adv.Mater.,2012,24:6053-6057中，Zhen?Li等人采用層層組裝法制備了聚N-乙烯基咔唑和二萘嵌苯修飾的水滑石薄膜材料，在該材料中聚N-乙烯基咔唑與水滑石層板間靠氫鍵相互作用，實現了中性聚合物在水滑石層間的組裝。該團隊還詳細研究了這種薄膜材料在熒光發射過程中的層間客體能量轉移，提出了提高聚咔唑類物質熒光發光效率的方法。

目前國內尚無有關采用原位聚合法制備中性聚N-乙烯基咔唑插層垂直基底排列水滑石薄膜的文獻及專利報道。

發明內容

本發明目的在于提供一種機械強度高、耐高溫、耐腐蝕性氣體的聚乙烯基咔唑插層水滑石熒光薄膜；本發明同時提供其制備方法。

本發明所述的聚N-乙烯基咔唑與對叔丁基苯甲酸根插層的水滑石薄膜，是先通過電解氧化法在金屬鋁基板上生成一層致密氧化鋁層作為鋁基底(AAO/Al)，再采用原位生長法在該基底上生成層板垂直鋁基底排列的對叔丁基苯甲酸根(4-tert-Butylbenzoic?acid，PTBBA^-)插層水滑石薄膜，在層間形成含有苯環結構的疏水性環境；然后將N-乙烯基咔唑(N-Vinylcarbazole，VK)引入并固定于對叔丁基苯甲酸根修飾的水滑石層間；再將該薄膜浸泡在氯仿中，用高壓汞燈照射，促使N-乙烯基咔唑在水滑石層間發生原位聚合，得到聚N-乙烯基咔唑(Poly(N-vinylcarbazole)，PVK)與對叔丁基苯甲酸根插層的水滑石薄膜。

本發明所述的聚N-乙烯基咔唑與對叔丁基苯甲酸根插層的水滑石薄膜為超分子結構，其晶體結構為類水滑石材料的晶體結構，其化學式為：