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Superparamagnetic polyimide/γ-Fe2O3
nanocomposite films:
Preparation and characterization
Jiayu Zhan, Guofeng Tian, Lizhong Jiang, Zhanpeng Wu,
Dezhen Wu , Xiaoping Yang, Riguang Jin
Thin Solid Films 516 (2008) 6315–6320
指導老師 : 陳澄河 教授
研究生 : 林辰芳
報告日期 : 98.11.16
南台化材
Abstract
• 本研究將PAA/Fe3O4熱環化形成超順磁性的PI/γFe2O3 奈米複合膜。
• 為了提高奈米粒子的分散性，先將含胺官能基
的Fe3O4與PMDA反應(於DMAc溶劑中)。
• 然後添加4,4’-ODA聚合成PAA-grafted magnetic
particles。
南台化材
Experimental - Materials
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PMDA
160℃ 5 h 真空狀態下 乾燥
ODA
DMAc 水含量≤0.1％
ferric chloride 氯化鐵
ferrous sulfate 硫酸亞鐵
Ammonia solution 氨水
tetraethyl orthosilicate (TEOS)
3-Amino-propyltriethyloxysilane (APTES)
南台化材
Experimental procedure-製備含胺官能基的Fe O
3
4
氯化鐵( 0.0862 mol) 與
硫酸亞鐵 (0.0431mol )加入
去離子水(150 ml)中
恆溫30 ℃ 以磁力攪拌
以化學共沉法製備
含胺官能基的
Fe3O4奈米粒子
加入氨水 (8.57 ml 25%)
攪拌30 min後(Fe3O4帶有磁性)
倒出並以去離子水清洗3次
；將上述液體
混入酒精/去離子水(2:1 體積比)中
加入TEOS(1.429 ml) &
APTES(1.429 ml) 38 ℃攪拌16 h。
倒出後以酒精清洗；乾燥
得到含胺官能基的Fe3O4奈米粒子。
南台化材
Experimental procedure- PAA-grafted magnetic particles
PMDA(0.3 g) + 溶液中
{Fe3O4 +DMAc (30 ml)}
室溫下攪拌 20 h
產生黑色奈米粒子沉澱
再以DMAc將未反應的PMDA
去除得到PMDA-grafted Fe3O4
加入4,4‘ODA (1.844 g) 0 ℃ 0.5h
後在加入PMDA (2.030 g)
將上述材料
離心分離(3000 rpm 1 h)
以DMAc洗除未接枝上的PAA。
得到PAA-grafted Fe3O4
南台化材
Experimental procedure-Preparation of polyimide/γ-Fe O
2
3
nanocomposite films
PMDA(0.3 g) + 溶液中
{Fe3O4 +DMAc (30 ml)}
室溫下攪拌 20 h
加入4,4‘ODA (1.844 g) 0 ℃ 0.5h
後在加入PMDA (2.030 g)
將材料塗佈於玻璃基板上
80 ℃ 30 min
100 、200 、300 ℃ 1h
製備出2 、4 、6 、8wt%複合膜。
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Results and discussion
Fe3O4的反應機制簡圖
南台化材
Results and discussion
(a) 585 cm-1 Fe2+-O2432 cm-1 Fe3+-O21720、1780 cm-1 C=O
1545 cm-1 氨基
(b) 1645 cm-1 氨羰基
1495 cm-1 苯環
(c) 1780 cm-1 C=O
585 cm-1 Fe2+-O2-
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Results and discussion
Pic(a)可觀察出粒徑約10nm，且
有明顯的團聚現象，而(b)因為
PAA聚合的關係，使粒子間距離
有被撐開的跡象。
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Results and discussion
利用2θ對應布拉格反射
2 θ=35.481 ° 、43.307 ° 、56.864 ° 、62.495 °
對應(311) 、(400) 、(411) 、(440)
可發現Fe3O4為立方晶體結構且晶粒尺寸為10.6nm。
圖(b)(110)(113)(210)(213)為γ-Fe2O3 的衍射峰
而PI有高強度的覆蓋性將衍射峰給覆蓋。
固可判斷熱處理可得到γ-Fe2O3 。
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Results and discussion
隨著粒子含量增加2wt% to
8wt% 其飽和磁化從1.354
×10-2增加至4.22 ×10-2
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Results and discussion
剩磁與矯頑磁性皆趨近於零
模數隨著粒子的含量增加而提升。
拉伸強度會隨著粒子添加(至4wt%)而上升；但添加
超過6wt%後拉伸強度則有下降趨勢，是因為奈米
粒子雲(cloud)會使得應力集中使拉伸強度下降。
因為添加Fe3O4讓film較脆而使斷裂延伸率下降。
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Conclusions
• PAA chains are grafted onto the amine-functionalized Fe3O4
nanoparticles 可撐開粒子間的距離提升其分散性。
• 剩磁與矯頑磁性皆趨近於零。
• 超順磁性薄膜的飽和磁化提升3.2倍。
• 拉伸強度方面雖然(在6-8wt%)有下降趨勢，但對於超順
磁材料仍有良好的應用。
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