[发明专利]含有经表面改性的纳米颗粒的聚合物纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公开涉及纳米复合材料，具体而言，本发明公开涉及包含多个经表面改性的纳米颗粒的聚合物纳米复合材料。本发明还公开了该纳米复合材料的制备方法。

背景技术

纳米复合材料是至少两种不同成分的混合物，其中所述成分中的至少一种具有在纳米范围内的一个或多个维度。由于(例如)纳米复合材料表现出可归属于其各成分的性质，从而使得纳米复合材料可用于许多应用中。一种纳米复合材料包含分布在有机基质(如，聚合物)中的纳米颗粒。这种纳米复合材料可用于光学应用中，其中所述的纳米颗粒用于增大聚合物的折射率。该纳米颗粒必须以最小的聚集程度均匀分布在聚合物中，这样使得纳米复合材料具有最小的雾度(因光散射造成)。

人们需要可以容易地制备并且适用于光学应用中的纳米复合材料。

发明概述

本发明公开涉及包含多个纳米颗粒和有机基质的纳米复合材料，其中每个所述的纳米颗粒都包含至少一个金属硫化物纳米晶体，该金属硫化物纳米晶体具有经羧酸改性的表面，其中所述的羧酸具有至少一个芳基。

本发明公开还涉及所述纳米复合材料的制备方法，该制备方法包括：  (a)提供多个纳米颗粒，每个所述的纳米颗粒都包含至少一个金属硫化物纳米晶体，该金属硫化物纳米晶体具有经羧酸改性的表面，其中所述的羧酸具有至少一个芳基；(b)提供包含辐射固化型单体、辐射固化型低聚物或它们的混合物的有机基质；并且(c)将所述的多个纳米颗粒与所述的有机基质混合，从而使所述的多个纳米颗粒溶解。

本发明公开还涉及所述纳米复合材料的制备方法，该制备方法包括：(a)提供多个纳米颗粒，每个所述的纳米颗粒都包含至少一个金属硫化物纳米晶体，该金属硫化物纳米晶体具有经羧酸改性的表面，其中所述的羧酸具有至少一个芳基；(b)提供包含热塑性聚合物的有机基质；并且(c)将所述的多个纳米颗粒与所述的有机基质混合，从而使所述的多个纳米颗粒溶解。

本文公开的纳米复合材料可用于诸如光学应用之类的多种应用中。

发明详述

本发明公开涉及含有多个纳米颗粒的纳米复合材料，每个所述的纳米颗粒都包含至少一个金属硫化物纳米晶体，该金属硫化物纳米晶体具有经羧酸改性的表面，其中所述的羧酸具有至少一个芳基。有用的纳米颗粒在Williams等人的专利申请No._____(案卷60352)(与本发明同日提交，标题为“Surface Modified Nanoparticle andMethods of Preparing Same”)中有所披露。所述的纳米颗粒可通过以下方法制备：

(a)提供含有第一有机溶剂的第一溶液，其中所述的第一有机溶剂包含溶解于其中的非碱金属盐和羧酸，其中所述的羧酸具有至少一个芳基；

(b)提供硫化物材料；并且

(c)将所述的第一溶液与所述的硫化物材料混合以便形成反应溶液，由此，形成包含至少一个金属硫化物纳米晶体的纳米颗粒，其中所述的金属硫化物纳米晶体具有经羧酸改性的表面，其中所述羧酸具有至少一个芳基。

该方法还可以包括以下步骤：

(d)通过向所述的反应溶液中加入第三溶剂使得所述的纳米颗粒沉淀，其中所述的第三溶剂与所述的第一有机溶剂是可混溶的，但是所述的第三溶剂是所述的纳米颗粒的劣溶剂；

(e)分离所述的纳米颗粒；

(f)可任选的是，使用所述的第三溶剂洗涤所述的纳米颗粒；并且

(g)将所述的纳米颗粒干燥成粉末。

第一有机溶剂可以是任何能够溶解非碱金属盐、和具有至少一个芳基的羧酸的有机溶剂，并且第一有机溶剂还必须与硫化物材料是相容的，以便制成在其内形成纳米颗粒的反应溶液。在一个实施方案中，第一有机溶剂是偶极非质子有机溶剂，例如，二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、吡啶、四氢呋喃、1，4-二氧六环、N-甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯或它们的混合物。

非碱金属盐会提供金属离子，其中，该金属离子可化学计量地与硫化物材料结合，从而形成金属硫化物纳米晶体。对非碱金属盐的具体选择可取决于上述方法中使用的溶剂和/或具有至少一个芳基的羧酸。例如，在一个实施方案中，非碱金属盐是过渡金属盐、IIA族金属盐或它们的混合物，这是因为当使用水作为第三溶剂时，容易分离这些金属的金属硫化物纳米晶体。过渡金属和IIA族金属的例子为Ba、Ti、Mn、Zn、Cd、Zr、Hg和Pb。