毕业论文——为双粒子电泳显示Fe3O4／SiO2粒子的制备和表征.doc

1、 为双粒子电泳显示 Fe3O4 SiO2 粒子的制备和表征 摘要： 为了制备具有良好的悬浮稳定性的低介电电泳显示应用金属氧化物颜料电泳粒子，四氧化三铁 /氧化硅（ Fe3O4/SiO2）通过原位溶胶凝胶制备方法 复合颗粒。透射电镜（ TEM）、扫描电子显微镜（ SEM）图像呈现多核心 壳形貌的 Fe3O4 SiO2 粒子的平均粒径为 250350 nm。发现 Fe3O4/SiO2 复合粒子的密度较低，因为比 Fe3O4 SiO2 封装，可以稳定地悬浮在四氯乙烯 OLOA 治疗后。 Zeta 电位和电泳测量为 24.2 mV 和 3.8010m2 Vs 是在四氯乙烯 /二氧化硅复合粒子对 Fe3

2、O4 OLOA 流动 10m2 Vs，分别双粒子电泳分散处理含 OLOA Fe3O4/SiO2 复合粒子与聚合物接枝纳米二氧化钛在低电位显示黑白图像。 关键词 ：电泳显示，电泳迁移率，核心 壳结构 1 绪论 近几年来，电泳图像显示（ EPID）由于优势如纸般的高对比度的外观，超低功耗消费，薄，灵活等，已经引起人们极大的兴趣。电泳显示是一种基于运动反射显示带电颜料粒子在低电介质常数下的一个电场的影响 1,2。努力使全彩色显示快速响应从不停止。大多数研究集中于为了 提高白色颜料粒子应用于单粒子电泳系统的属性同时使用染料为背景 310 。为了改进电泳显示器的对比度，双粒子电泳系统能够被介绍11,12

3、，这也是彩色电泳显示必不可少的发展。因此，彩色电泳粒子将会得到更多地关注。 Yu 等人制作的带负电的聚合物颗粒包含一个可使用的黑色染料 13 。基姆等人为了双粒子电泳显示制备洋红，黄色和青色的聚合物球 14 。通过自由基聚合方法包裹有机染料如酸性蓝 25 8，酸性红和酸性黄 76 苯乙烯 / 4 -乙烯基吡啶共聚物纳米粒 15 。 通常，有机粒子的光学性能 和化学稳定性并不像无机颗粒一样好，这限制了它的实际应用。特别是，解散膨胀的有机材料在有机介质中几乎不可能完全避免。尽管无机颜料密度太高以至于没有相匹配的媒体，但是他们一直有更具吸引力，由于其强大的耐久性，如溶剂，空气环境，阳光 16 。无机

4、颜料密度可以减少为两个路线。一是制备复合粒子 17,18。另一个是选择一个合适的分散剂，可为吸附在颗粒表面的稳定的悬浮液提供空间稳定和静电斥力 19 21 。 金属氧化物包括钛酸钴钴蓝色 /绿色，钛钴绿和镍的钛酸盐黄是重要的无机颜料被广泛应用于各种领域。然而，到 现在，很少有关于关于基于彩色电泳粒子金属氧化物的研究除了白色颜料电泳粒子状 TiO2、 ZrO2、氧化锆，氧化铝 10， 22-26 。 在这项研究中，纳米 Fe3O4 被选择作为一个金属氧化物的例子。 Fe3O4 SiO2 复合粒子被制备封装成二氧化硅壳纳米 Fe3O4。 SiO2 壳的存在不仅减少色素的密度，由于在 SiO2 表面

5、丰富的羟羟基也容易使复合粒子和分散剂之间产生相互作用 7,2628 。 Fe3O4 SiO2 复合粒子用商业分散剂 oloa1200 处理，它是容易附着在 SiO2表面的极性基团。然后处理后 的复合粒子，作为黑色电泳粒子，应用于双粒子与聚合物接枝的二氧化钛粒子的电泳系统。该方法制备电泳粒子可以很容易地应用到所需的一代纳米 Fe3O4 修改其他颜色的氧化物颗粒。 图 1 Fe3O4 纳米粒子和 Fe3O4 SiO2 复合粒子的 XRD 图 2 实验 2.1 材料 FeCl3 6H2O，油酸，乙醇，环己烷，四氯乙烯（ C2Cl4）， NH3， H2O 和正硅酸乙酯（ TEOS） 购买从国药集团化学

6、试剂有限公司 .FeCl24H2O 从上海山海化工有限公司提供 .烷基酚聚氧乙烯醚（ OP-10）是由温州东升化工有限公 司提供 .聚异丁烯丁二酰亚胺（ oloa1200）是由江阴永达化工有限公司提供。所有的化学品被用作接收。 2.2 制备 2.2.1. 作为颜料粒子的疏水性 Fe3O4 纳米粒子的制备 碱共沉淀法制备 Fe3O4 纳米粒子 FeCl3 6H2O 和 FeCl24H2O。 FeCl24H2O（ 5.62克）和 FeCl3 6H2O（ 9.74 g）溶解在 80 毫升去离子水和冒泡 1 小时搅拌下清除氧氮。然后将溶液加热到 90 C 和 24 毫升铵 氢氧化钠加入到溶液。 3 分

7、钟后， 0.8 克油酸加入到溶液中，保持温度为另一个 4 小时的 Fe3O4 磁 性纳米粒子用去离子水的时间和干燥 80C. 2.2.2. 与 SiO2 纳米粒子封装 Fe3O4 纳米粒子包覆 SiO2 的溶胶 -凝胶通过 方法。第一， 0.5 克的 Fe3O4 纳米颗粒， 4 毫升的正硅酸乙酯和 0.2 g op-10 加入 40 毫升去离子水的混合物，和超声波成为一个稳定的乳液。 1 小时后，乳液加入 50 毫升乙醇和 12 毫升水混合的 NH3。反应溶液的搅拌速度为 400 rpm室温 4 小时得到的产物进行了磁分离，乙醇洗涤数次，在 80 C 干燥。 图 2 Fe3O4 纳米粒子的 T

8、EM 照片（ a）和四氧化三铁 /二氧化硅复合粒子（ B 和 C）。 图 3 四氧化三铁纳米粒子和 Fe3O4/SiO2 复合粒子的粒径分布。 2.3 表征 应用扫描 电镜对复合粒子形态电子显微镜（ SEM， jeol100 LX）和传输电子显微镜（ TEM， jeoljem-1230）。晶体结构通过 X 射线衍射（ XRD 测定颗粒， Rigaku Dmax-2550 PC）用单色的铜 K 辐射（ = 1.5406a）。颗粒的大小，颗粒大小分布结合Zeta 电位，和电泳迁移率检测通过动态光散射（ DLS， Zeta PALS 测量，海文仪器有限公司）。磁特性的影响用振动样品磁强计（ MPMS

9、 xl-7，量子设计公司）。检测复合粒子的成分能量色散 X 射线光谱法（ EDX，牛津印加 energy300）。傅里 叶变换红外光谱（ FT-IR）测定在 Nicolet 6700 傅里叶变换红外光谱仪。热重分析（ TGA）在 Pyris谱进行了记录在岛津 uv-2450 分光光度计。热重分析仪（ PerkinElmer）与加热速度20 K / min 的升温速率在氮气流。 3 结果与讨论 3.1 和 Fe3O4 SiO2 复合材料的合成表征颗粒 图 1 显示了铁氧化物的 X-射线衍射图案之前和之后的纳米 SiO2 包覆。布拉格的思考制备的氧化铁纳米颗粒可以被索引一个纯 Fe3O4 晶相（

10、JCPDS No. 19-0629）。一种宽带 观察近 16 24 的 铁氧化物纳米粒子的时候包覆 SiO2，表明无定形二氧化硅的存在壳。峰 Fe3O4 两线相似对方，这表明该芯材的结晶保留后封装。 Fe3O4 纳米粒子的 TEM 图像和 Fe3O4 SiO2 复合粒子示于图 2A和 B 分别。因为对油酸处理的 Fe3O4 纳米粒子的疏水性，颗粒倾向于被困在油滴。当乳液加入氨水和乙醇的混合物，其 SiO2 壳的 TEOS 的水解和 Fe3O4 的形成纳米粒子包裹。之间的明显的对比芯和壳可以在图 2C 的检测，表明形成 多核壳结构。图 3 中的图显示了粒子的 Fe3O4， Fe3O4 SiO2

11、粒度和粒度分布颗粒。当 Fe3O4 纳米 粒子的尺寸小于 20 nm 封装成二氧化硅，复合粒子的直径 250 增大到 350 nm。结果是在良好的协议与在 TEM 图像显示颗粒的大小。 为了进一步研究复合粒子形态，其的四氧化三铁 /二氧化硅复合粒子的 SEM 图像是在图 4A 所示。很明显，粒子是由多个小颗粒。换句话说， Fe3O4 SiO2 复合粒子具有多 芯壳结构，即为锚定的分散性好通过增加复合颗粒的表面区域代理每个。复合颗粒的成分被证实 EDX 光谱在图 4B中给出，其中 Al 元素的信号来自衬底。从硅的含量（ 16.2%）和 Fe（ 9%），复合粒子的近似密度可以由下式计算： )()(

12、 1 434322 OFeOFeS ioS io WW 复合材料其中 W 是组件的质量分数。通过假设 5.18 克 /立方厘米为 Fe3O4 和 2.32 g/cm3 SiO2 复合粒子的密度，近似密度 2.99 g/cm3，多低于该氧化物颜料。 在超顺磁性 Fe3O4 SiO2 复合物业酒店粒子的应用是必不可少的 electrophoretic显示这可防止从复合粒子的聚集。图 5 磁化曲线显示的 Fe3O4 SiO2 复合粒子。几乎没有什么 remanence 观察当磁这场从超顺磁性粒子，一样的。因此，当 Fe3O4 SiO2颗粒的复合材料。 electrophoretic 团聚粒子，粒子引

13、起的。磁力可以忽略。 图 4 SEM 照片（ a）和能谱分析法（ B）四氧化三铁 /二氧化硅复合粒子 图 5 磁化强度与外加磁场高龄四氧化三铁 /二氧化硅复合粒子达室温 3.2 Fe3O4 SiO2 复合粒子 在 双粒子电泳系统的应 用 图 6 显示了 Fe3O4 SiO2 复合粒子的红外光谱有 /无 oloa1200 处理。由于存在丰富的二氧化硅表面上的羟基基团， Fe3O4 SiO2 复合粒子可以很容易地吸收OLOA 1200 后超声治疗。锚定 OLOA 1200 在颗粒表面可以通过 C H 伸缩振动的出现证明 在 2920 厘米 2829 厘米 1 峰， 1 OLOA 1200。 图 6

14、 没有 oloa1200 处理 F 的 e3O4 纳米粒子四氧化三铁 /二氧化硅复合粒子的红外光谱 图 7 TGA 曲线处理 /二氧化硅复合颗粒 Fe3O4 OLOA 1200 从图 7 所示的 TGA 分析，为 OLOA 处理复合粒子，当温度超过 200 C 的 ， 8.63%减肥可以发现，这可以归因于热降解 oloa1200。 C 重量损失低于 200 可以归因于物理吸附水的蒸发和样品中的溶剂残留。 图 8 在四氯乙烯悬浮颗粒 /二氧化硅复合粒子的行为， oloa1200 治疗前后 图 9 紫外可见漫反射光谱 双粒子电泳分散液 图 10 白和黑的电泳显示器的原型意象 图 8 中所示的存在，

15、因为 oloa1200）， The 悬浮稳定的 SiO2 包覆的 Fe3O4 颗粒在复合材料 thmedia 是大大增强，这可以归因的 sterichindrance 效应来自 oloa1200 延伸从长链在媒体。此外，即使在长期 ultrasonication 该复合颗粒和循环洗涤，仍然可以挂起在 stably 媒体。欠的官能团的链 oloa1200 正电荷的粒子，是在媒体。 TheZeta 电位和电泳迁移率的复合粒子在氯乙烯为 24.2 和 3.80 MV1010m2 / V S 的 OLOA 处理的 SiO2 Fe3O4 复合粒子的应用黑色电泳粒子在双粒子电泳系统加上负电polymerg

16、raftedTiO2 颗粒。注射是一种流行的原型制作电泳液为两 ITO 构成细胞玻璃。0.075 V / m 的电场下，如图 9 所示，正 /负电荷的电泳粒子可以走向相反的方向，黑白图像可以显示。反射率在 750 nm的可见光区 400白色 /黑色图像所示的紫外可见光谱在 反射率模式的确定在图 10 中。 EPID 的对比可以由公式应用于反射式液晶显示【 29,30 场其中 C 是反射对比度，并且是 w() bk()白人和黑人在不同波长的反射率的状态，是入射光的波长。 w() D 和 BK（） D 是可以通过岛津 uv-2450 分光光度法测定。的双粒子电泳的反射率对比度悬挂是 15.4。 4

17、 结论 通过封装成 sio2 包覆 Fe3O4 纳米粒子制备 溶胶 凝胶法 Fe3O4/SiO2 多核壳复合粒子粒径分布窄的从 250 到 350 nm 的密度的 Fe3O4/SiO2 复合粒子比 Fe3O4 色素低很多。存在颗粒有利于锚定的电荷控制剂 OLOA 1200 在粒子表面，使四氧化三铁 /二氧化硅复合粒子稳定地悬浮在四氯乙烯。 zeta 电位和电泳在四氯乙烯复合颗粒的流动性为 24.2 mV 和 3.8010 比分别为 10。复合粒子可以被应用在双粒子的电泳系统与TiO2 表面接枝聚合物。双粒子电泳分散液具有较高的对比度做下约 15.4 的电 位 在0.075 V / m 彩色电泳

18、粒子也可以通过类似的方法将其它金属氧化物四氧化三铁具有所需颜色准备 。 致谢 这项工作是由财政支持的国家高中国科技研究发展计划（ 863 计划）（批准号：2008aa03a331）和发展计划长江学者 和创新团队从教育部格兰特 irt0651 号。 参考文献 1 B. Comiskey, J.D. Albert, H. Yoshizawa, J. Jacobson, Nature 253 (1998) 394. 2 Y. Chen, J. Au, P. Kazlas, A. Ritenour, H. Gates, M. McCreary, Nature 423 (2003)136. 3 I. O

19、ta, J. Ohnishi, M. Yoshiyam, Proc. IEEE 61 (1973) 832. 4 X.J. Fang, H. Yang, G. Wu, W.G. Li, H.Z. Chen, M. Wang, Curr. Appl. Phys. 9 (2009)755. 5 S.H. Cho, Y.R. Kwon, S.K. Kim, C.H. Noh, J.Y. Lee, Polym. Bull. 59 (2007) 331. 6 J.Y. Lee, J.H. Sung, I.B. Jang, B.J. Park, H.J. Choi, Synth. Met. 153 (20

20、05) 221. 7 S.H. Kwon, J.H. Ahn, Y.I. Cho, W.S. Hong, S.J. Kim, Adv. Mater. 146 (2005) 19. 8 M. Badila, C. Brochon, A. Hebraud, G. Hadziioannou, Polymer 49 (2008) 4529. 9 S.P. Lee, W.P. Jin, Y.C. Hae, S.H. Yoon, K. Younghwan, S.C. Hyung, Curr. Appl.Phys. 6 (2006) 644. 10 M.P. Werts, M. Badila, C. Bro

21、chon, A. Hebraud, G. Hadziioannou, Chem. Mater.20 (2008) 1292. 11 H. Endo, M. Masuzawa, S. Nakamura, N. Miyagawa, T. Kitamura, NIP24 andDigital Fabrication Soc. Imag. Sci. & Tech., Spring?eld, 2008. 12 Y.H. Ahn, G.C. Yu, Y.C. Kim, S.S. Lee, J. Kim, Mol. Cryst. Liquid Cryst. 492 (2008)322. 13 D.G. Yu

22、, J.H. An, J.Y. Bae, S.D. Ahn, S.Y. Kang, K.S. Suh, Macromolecules 38 (2005)7485. 14 C.A. Kim, M.J. Joung, S.D. Ahn, G.H. Kim, S.Y. Kang, I.K. You, J. Oh, H.J. Myoung,K.H. Baek, K.S. Suh, Synth. Met. 151 (2005) 181. 15 S.W. Oh, C.W. Kim, H.J. Cha, U. Pal, Y.S. Kang, Adv. Mater. 21 (2009) 4987. 16 J.

23、D. Duan, Y.Q. Feng, G. Yang, W.L. Xu, X.G. Li, Y. Liu, J. Zhao, Ind. Eng. Chem. Res.48 (2009) 1469. 17 J. Yin, X. Qian, M. Shi, J. Zhang, G. Zhou, Inorg. Chem. Commun. 6 (2003) 942. 18 F. Caruso, R.A. Caruso, H. Mohwald, Science 282 (1998) 1111. 19 P. Murau, B. Singer, J. Appl. Phys. 49 (1978) 4820.

24、 20 P. Murau, B. Singer, P. Scholten, J. Electrochem. Soc. 123 (1976) C369. 21 I.D. Morrison, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects 71 (1993) 1. 22 R.Y. Dai, G. Wu, H.Z. Chen, M. Wang, Colloid Polym. Sci. 289 (2011) 401. 23 H. Zeng, W. Cai, J. Hu, G. Duan, P. Liu, Y. Li, Appl. Phys. Lett. 88 (2006) 171910. 24 L. Millesime, C. Amiel, F. Michel, B. Chaufer, Langmuir 12 (1996) 3377