Синтез структурных элементов фотонных кристаллов на основе сополимеров стирола

• Автор: Шевченко, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 02.00.06, 02.00.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 94 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Характеристики полимерных монодисперсных частиц

1.2. Безэмульгаторная эмульсионная полимеризация как метод получения монодисперсных полимерных частиц

1.2.1. Механизм полимеризации

I.2.2 СОПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ПОЛЯРНЫХ И НЕПОЛЯРНЫХ МОНОМЕРОВ

1.3. САМООРГАНИЗАЦИЯ МОНОДИСПЕРСНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ЧАСТИЦ

1.4. ФОРМИРОВАНИЕ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ

ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

.1. Исходные реагенты

Мономеры.
Регуляторы цепи
Инициаторы.
Другие реагенты
.2. Методики синтеза частиц
.2.1. Метод одностадийного синтеза частиц
Методы защиты ароматической аминогруппы пАмСт.
.2.2. Метод двухстадийной безэмульгаторной эмульсионной полимеризации
.2.3. Методика деблокирования частиц ПСтВФА содержащих в поверхностном слое звенья ВОСАмСт или АмСтНСь
П.З. Методы изучения характеристик образуемых полимерных частиц.
II.3.1. Определение размера частиц методом электронной микроскопии
.3.2. Определение размера частиц методом светорассеяния
.3.3. Определение молекулярной массы полимеров.
П.3.4. Определение ММР методом микроколоночной высокоэффективной эксклюзионной хроматографии
.3.4. Определение концентрации функциональных групп методом
КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ.
.3.5. НЕВОДНОЕ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ КАРБОКСИГРУПП
.3.6. Определение потенциапа полимерных частиц методом
МИКРОЭЛЕКТРОФОРЕЗА
.3.7. Определение
.3.8. Определение поверхностного натяжения
.3.9. Физические методы исследования тонких пленок ФК.
III. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
1.1. Влияние полимерной природы монодисперсных частиц на их
САМООРГАНИЗАЦИЮ В УПОРЯДОЧЕННЫЕ ТРЕХМЕРНЫЕ СТРУКТУРЫ
1.2. Синтез монодисперсных частиц ПСтМАК методом БЭП.
1.3. Инфильтрация полярного растворителя в упорядоченные решетки ФК.
1.4. Синтез полимерных монодисперсных частиц, содержащих хромофор и формирование ФК НА их основе
ВЫВОДЫ.
Список сокращений
13диметиламииопропил3этилкарбодиимида гидрохлорид кди
4,4азобис4цианизовалериановая кислота ЦВК
4аминостирол АмСт
Безэмулы аторная эмульсионная полимеризация БЭГ
Ывинилформамид ВФА
Глицидилметакрилат ГМА
Гранецентрированная кубическая решетка ГЦК
Двойной электрический слой ДЭС
Диаминодифенилдисульфид ДАДФДС
Дивинил бензол ДВБ
Диметакрилат этиленгликоля ДМЭГ
Ди метил формам ид ДМФА
Динитрилазобисизомасляной кислоты диниз
Кислотный хром темносиний кхс
Меркаптоэтанол мэ
Метакриловая кислота МАК
Молекулярная масса ММ
Молекулярномассовое распределение ММР
Перекись бензоила ПБ
Поверхностно активное вещество ПАВ
Периодические коллоидные структуры ПКС
Полимермономерная частица ПМЧ
ол иметилметакрилат ГММА
Полистирол ПС
Распределение частиц но размерам РЧР
Сополимер стирола с Ывинилформамидом НСтВФА
Сополимер стирола с глицидилмстакрилатом ПСтГМА
Сополимер стирола с метакриловой кислотой ПСтМАК
Сухой остаток латекса С.О.
Тиогликолевая кислота ТГК
Третбутилоксикарбонил4аминостирол ВОСАмСт
Фотонная запрещенная зона ФЗЗ
Фотонный кристалл ФК
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


В связи с этим представляет значительный интерес исследование особенностей безэмульгаторной эмульсионной сополимсризации БЭП стирола с рядом функциональных сомономеров как метода целевого синтеза частиц. Способность дисперсий монодисперсных полимерных частиц к самосборке в периодические трехмерные структуры позволяет использовать их в качестве структурных элементов при формировании фотонных кристаллов ФК нового класса твердотельных материалов. В ФК диэлектрическая проницаемость модулируется с периодом, сравнимым с длиной волны света, что обусловливает наличие фотонной запрещенной зоны ФЗЗ энергет ической области, в пределах которой распространение света внутри кристалла подавленно в определенных или во всех направлениях. Такие материалы с нелинейными оптическими свойствами могут служить новой элементной базой для технологий в оптоэлеюронике и телекоммуникационной индустрии. Особый интерес представляют трехмерные ФК, которые позволяют обеспечить высокую плотность структурных элементов. Быстрая седиментация неорганических частиц большой плотности в процессе формирования пленок ФК приводит к возникновению напряжений и образованию дефектов в упорядоченной структуре. Низкая плотность поверхностно однородных монодисперсных полимерных частиц позволяет избежать образования дефектов при их седиментации и в условиях, близких к равновесным, сформировать трехмерные решетки высокой степени совершенства, которые могут выступать в качестве модельных объектов для исследования линейных и нелинейных оптических явлений. Цель исследования состояла в изучении особенностей БЭП стирола с рядом менее гидрофобных сомономеров для получения монодиспсрсных субмикронных частиц с управляемой функциональностью и поверхностной структурой, а также в исследовании самосборки таких частиц как метода создания трехмерных периодических матриц, проявляющих фотоннокристаллические свойства. ФК. ФК на базе Физикотехнического института РАН ФТИ РАН. Научная новизна. МАК или Мвинилформамидом ВФА в присутствии различных регуляторов цени диаминдифенилдисульфид АФС, тиогликолевая кислота ТГК, меркаптоэтанол МЭ. На этой основе оптимизированы условия синтеза, обеспечивающие получение монодиспсрсных полимерных частиц заданного субмикронного диаметра со среднеквадратичной дисперсией меиее 2, а также выявлены условия, позволяющие регулировать концентрацию функциональных групп в поверхностном слое, его структуру и степень гидрофобности. Разрабо
таи метод двухстадийной сополимеризации стирола с МАК или ВФА для формирования частиц типа ядрооболочка, при этом в состав оболочки включены звенья люминофор содержащих сомономеров или иаминостирола АмСт, аминогруппы которого позволяют ковалентно связывать хромофоры непосредственно на поверхности частиц. Практическая значимость. Получен широкий спектр монодисперсных частиц на основе сополимеров стирола с МАК, ВФА, АмСт, а также с рядом люминофор содержащих метакрилатов диаметром 00 нм и поверхностной концентрацией карбоксильных, амино или имидазолиновых групп 0. Оптимизированы условия самосборки из них твердотельных периодических структур и инфильтрации полярного растворителя в межчастичное пространство этих структур. Разработаны методы ковалентного связывания люминофоров и хромофорных группировок в поверхностном слое полимерных частиц. Полученные монодисперсные частицы успешно применены в качестве структурных элементов ФК высокой степени совершенства, которые использованы в ФТИ РАН как модельные объекты для изучения тонких фотоннокристаллических эффектов многоволновая дифракция света подавление пика ФЗЗ при определенном угле падения рполяризованного света и низком диэлектрическом контрасте ФК аналог эффекта Брюстера и экспериментальной апробации теоретических разработок. Исследование влияния природы полимерных частиц полиметилметакрилата ПММА, сополимеров стирола с глицидилметакрилатом ПСтГМА или с МАК ПСтМАК па процесс их самоорганизации в упорядоченные трехмерные структуры. Разработка способов регулирования в процессе БЭП стирола с МАК или ВФА дисперсности формируемых полимершлх частиц, структуры их поверхности, а также поверхностной концентрации функциональных групп.