外文翻译：红色电泳粒子基于纳米氧化铁的电子油墨

本科生毕业设计（论文）外文原文及中文翻译 学 院 轻工学院 专 业 印刷工程 导 师 聂义然 学 生 徐聪 学 号 201110830721 2015年 4 月 28 日 红色电泳粒子基于纳米氧化铁的电子油墨的设计制备与性能Deng Liandong，Zhang Jing，Dong Anjie（化学工程与技术，天津大学，天津300072，中国）天津大学和施普林格出版社柏林2015年海德堡摘要：为了修改无机粒子作为红色的电泳粒子，一种方法，设计并用于制备氧化铁红电泳粒子。这些氧化铁阳离子混合纳米粒子（Fe2O3-CHNPs）分别为通过氧化铁核心覆盖着聚合物壳这是由二氧化硅和P的准备（DMAEMA-CO-HMA）通过使用原子转移自由基聚合（ATRP）技术。该二氧化硅涂层可以介绍的功能在surfaceof无机粒子，通过该聚合物壳可以通过使用ATRP技术形成基团。傅立叶结果变换红外光谱（FT-IR），X射线光电子能谱（XPS）和热重分析（TGA）确定的Fe2O3-CHNPs的化学组成；透射电子的图像显微镜（TEM）表明的Fe2O3-CHNPs的芯 - 壳结构；动态光散射测量（DLS）表现出253.7nm的平均粒径与粒径分布窄；和zeta电位测量确定的Fe2O3-CHNPs的高充电。此外，所得到的纳米颗粒进行了成功的应用在电泳显示单元，这表明它是一种有效的方法来准备彩色电泳颗粒。关键词：氧化铁；电泳粒子；ATRP；彩色显示器由于雅各布森的开创性工作，电泳显示器（EPD）已经吸引了大量的利息由于其灵活性，宽广的可视角度和低功耗。目前，在白 - 黑环保署已经商品化，而色电泳显示效果还远远商业化。显然，丰富多彩的展示具有较好的应用市场。白黑环保署布满彩色滤光片是传统的方式来实现彩色显示。然而，这些产品的对比度和亮度是降低。为了使一些改进，像素的三色单位（红色，蓝色和绿色的颗粒组成其悬浮于分别电介质介质）是一个有前途的设计。因此，合适的颜色颗粒变一个重要的元素来实现这个设计。在某种程度上，电泳颗粒应具有的特性，如合适的密度，良好的耐用性，分散性好稳定，高充电，这是关键的决定因素成像质量。为了提高着色粒子，该研究具有集中在变形，以改变粒度形态，密度，表面电荷和分散稳定性。对于理想的电泳粒子，适当具有窄的粒度分布和表面光滑的大小是有利于图像控制;高表面电荷导致快速响应图像;适当的密度和分散稳定性产生更稳定的悬浮液在电介质媒体使用时间延长。在本文中，一种方法来修改无机颗粒作为彩色电泳粒子设计并用于制备氧化铁红电泳粒子。纳米Fe2O3（NPS）被选为着色剂由于其良好的光学性能和易于制备的根据大小和形状的要求。然而，的高密度和少数的官能团的表面上氧化铁的纳米粒子阻碍了应用。为了解决这个问题，SiO2的用于外套氧化铁纳米颗粒作为初始表面改性。二氧化硅具有高透光率，良好的化学稳定性和大量的羟基集团在其表面。这些羟基启用的Fe2O3/ SiO 2的表面上随后的改性纳米颗粒。此外，二氧化硅可以大衣最积极的通过静电自组装方法的带电粒子，这改善了这种方法的适用性。为了降低密度和改善表面颗粒的电荷，所述聚合物涂层是一种有效的方法。的原子转移自由基聚合（ATRP），作为控制/活性自由基聚合技术中，施加到阳离子的生长聚合物层（聚（N，N-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯共甲基丙烯酸己酯），P（DMAEMA - 共HMA）的Fe2O3/二氧化硅纳米颗粒的表面上。其中，其中有一个长疏水链可以改善该HMA这些纳米粒子在电介质的分散稳定性媒体，和具有正电荷的DMAEMA将用于季铵化制备。聚合物后，涂层，季铵化可以进一步改善纳米粒子的电荷，并确保短的响应时间。得到的颗粒表现出卓越的性能和快速的反应，这表明这种方法有很大的潜力，准备色度电泳粒子。1 试验1.1 材料甲基丙烯酸己酯（HMA），N，N，N，N，N“ - -五甲基二乙烯三胺（PMDETA），N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），1-乙基-3-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺（EDC），N，N-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯（DMAEMA），3-氨基丙基 - 三甲氧基硅烷（APTS），三氯化铁，琥珀酸，草酸，2-溴丙溴化物和三烯丙基购自Aldrich化学公司（美国）不经任何进一步净化。的CuBr使用之前制备。四乙基乙酯（TEOS），无水乙醇，含水氨，甲基碘，乙腈，丙酮和从乙醚江田有限公司（天津获得，中国）。甲苯，甲醇和三乙胺购从江天有限公司（中国天津）后使用回流蒸馏。二氧化钛（金红石，100纳米），得到来自北京山区技术开发中心对于有色金属。聚乙烯（CH-5）购从三正高分子材料有限公司（上海，中国）。从埃克森美孚有限公司得到异构烷烃溶剂（Isopar G），公司（美国）。1.2 氧化铁/二氧化硅纳米粒子的制备氧化铁纳米颗粒是根据先前的制备引文。1克氧化铁纳米粒子，10毫升氨水150毫升乙醇中混合在250毫升单颈超声下烧瓶60分钟。0.56毫升TEOS是加入到该溶液中滴加，并进行反应出下超声波在303小时。然后，将反应产物超声下用丰富乙醇，通过离心分离，然后沉淀在真空下在室温干燥24小时。1.3 氧化铁/二氧化硅-NH2纳米粒子的制备 1克氧化铁/二氧化硅纳米粒和50毫升无水甲苯混合在超声下的100mL单颈烧瓶30分钟。 4毫升APTS和0.30毫升三乙胺加入到该溶液中滴加，并进行反应出下在磁力搅拌下在氮气氛中113摄氏度24小时。然后，将反应产物超声下用甲苯丰富和丙酮反过来，通过离心沉淀，然后干燥在真空下在室温下搅拌24小时。1.4 氧化铁/二氧化硅-溴纳米粒子的制备1克的Fe2O3/二氧化硅-NH2纳米颗粒，8毫升三乙基胺和40毫升无水甲苯中混合在100mL oneneck超声下烧瓶30分钟。 4毫升2-溴丙溴化物加入到溶液中的溶液。将反应物下进行磁力搅拌在-51小时。然后，将反应物转移到暗地方和在磁搅拌下进行的，在室温温度24小时。将反应产物洗涤下超声用混合溶剂（V（丙酮）：V（水）= 1：1）和丙酮反过来，通过离心沉淀并在真空下在室温下再干燥24小时。1.5 氧化铁/二氧化硅-的HNP的制备1克氧化铁/二氧化硅 - 溴纳米粒，50毫升甲醇，3.733毫升DMAEMA和1.12毫升HMA混合成100超声下毫升烧瓶中30分钟。然后0.167毫升PMDETA和0.114克溴化亚铜加入到此烧瓶通过三个重复真空/氮气吹扫周期快。的ATRP反应进行下在65磁力搅拌24小时。然后，将反应产品超声波下用丰富甲醇和丙酮依次通过离心沉淀并在真空下在室温下再干燥24小时。1.6 氧化铁/二氧化硅-CHNPs的制备 1克的Fe2O3/二氧化硅-的HNP和30毫升无水乙腈混合在超声下一个50毫升单颈烧瓶30分钟。1.247毫升CH3I加到该溶液滴加，使反应进行下磁搅拌24小时83。然后，将反应产品超声波下用丰富醚，通过离心沉淀，然后在干燥真空中在室温下放置24小时。1.7 电泳分散液的制备1克氧化铁/二氧化硅-CHNPs，10毫升的Isopar G和一定的CH-5的量的研磨8小时和超声波处理8小时，以使红纳米颗粒分散性好。二氧化钛纳米粒子，这是由APTS修改和琥珀酸用EDC和NHS的帮助下，分别作为白色纳米粒子。克白二氧化钛纳米粒子，4毫升的Isopar G和混合一定量的CH-5，和用同样的方法得到的白色分散体。0.5克白色分散和0.1克红达到分散上述混合在一起，并超声下分散8小时。最后，电泳分散液获得。1.8 表征氧化铁纳米颗粒的聚合物封装过程通过使用KBr压片，在通过FT-IR监测的5004000cm-1区域，的BIO-RAD FT-IR 3000分光计（BIO-RAD公司，赫拉克勒斯，美国）。该的SiO2涂层通过XPS测定与用Kratos轴超光谱仪DLD采用单色化的Al KX射线源（1486.6eV）和一个延迟线检测器（DLD）的决心。热性能该复合颗粒的测定用TGA用10升温速率/分钟氮气30至800（TA仪器Q500，德国）。该结构和Fe2O3纳米粒子的表面形态，氧化铁/二氧化硅纳米粒子和Fe2O3 /二氧化硅-CHNPs观察通过TEM在JEOL JEM-1011透射电子显微镜以100千伏的加速电压。该大小和Fe2O3纳米粒子的粒度分布，氧化铁/二氧化硅纳米粒子和Fe2O3 /二氧化硅-CHNPs中的Isopar G的确定与DLS在布鲁克海文BI-200SM（布鲁克海文仪器有限公司，Holtsville的，USA）在= 532nm的带90固定检测器角。的电位氧化铁/二氧化硅-CHNPs在水中和将Isopar G测定通过使用JS94J微电泳仪。两个ITO涂层组成的电泳细胞通过一个600m的载玻片隔开，微米垫片施加到电泳性能的检查。2 结果与讨论2.1 氧化铁/二氧化硅-CHNPs的表征氧化铁纳米颗粒的聚合物封装过程通过FT-IR监测。它可以从可见曲线a图1所示。在主导频带468cm-1和555cm-1是结晶-Fe2O3的特性。该无定形二氧化硅示出的吸收带在1000-1200cm-1下，Si-O伸缩振动1080cm-1，并且的O-H伸缩振动峰在3325cm-1，这表明硅胶外壳上表面氧化铁（曲线b）的存在。在1460cm-1和1571cm-1的峰属于中的Si-O-C键的主要特征峰，和峰在2935cm-1被归因于伸缩振动的C-H在烷基，表现该硅烷偶剂被固定的表面上氧化铁/二氧化硅纳米粒子（曲线C）。曲线D所示。 1表明在1652厘米-1的峰是C = O伸缩振动酰胺，表明启动器组被联系在一起。在1149cm-1的峰归因于C-O-C对称伸缩醚的振动，而峰值出现在1731cm-1与C = O伸缩酯基的振动，这意味着HMA和DMAEMA有联系（曲线E）。相比曲线E，峰在2828cm-1和失踪2772cm-1是一个明显的迹象这表明季铵化成功（曲线F）。 为了进一步说明氧化铁纳米粒子已涂覆用硅时，氧化铁/二氧化硅纳米粒进行了调查通过XPS。的XPS谱，其示于图。 2，给了一个更好地了解表面化学成分。至于氧化铁纳米粒子，在527.9 eV的波峰和711.2电子伏特可以归因于澳的结合能1秒和Fe的2p（图2的（a）。的表面涂层后纳米颗粒，峰值为铁2p的强度为大大降低。一个新的高峰出现在101.5电子伏特，这可以归因于Si的2p。阿1S从转变信号527.9 eV至531.1eV提高（图2（b）。这些结果表明在二氧化硅的表面形成外壳。聚合物中所含的复合体中的量纳米颗粒的特征是TGA。该TGA氧化铁/二氧化硅纳米粒子的温谱图，氧化铁/二氧化硅-CHNPs和纯的P（DMAEMA-co- HMA）如图3所示。有减少的两个主要的温度区域为氧化铁/二氧化硅-CHNPs（曲线b）。下面的重量损失300可能归因于水的蒸发样品中和残留的溶剂，和重量损失在300500的温度范围可能归因于聚合物的分解。分解温度为约350，几乎不存在分解高于500，。高达750，纯的Fe2O3/二氧化硅纳米粒显示可忽略的重量损失4.35（重量），氧化铁/二氧化硅-CHNPs表现出相当的减少23.79（重量）和纯聚合物具有少量残余重量5.83（重量），从这些数据中，它可以被估计，该在粒子表面上的聚合物的量为21.64重量。2.2 Fe2O3/二氧化硅-CHNPs的结构和大小 这些纳米粒子的结构进行了观察通过TEM。如图。图4（a），纯氧化铁纳米粒子是规则球状为112纳米的平均尺寸。图4（b）示出了明确定义的核-壳结构是的确形成。氧化铁/二氧化硅-CHNPs的显微照片示于图4（c）。这些纳米颗粒是明显涂覆用硅层和阳离子聚合物层，形成一个双层壳结构，和厚度氧化铁纳米粒子以外的层为约20nm。结果表明该氧化铁/二氧化硅纳米粒子和Fe2O3/二氧化硅-CHNPs成功制备的，此外，存在的SiO2和聚合物层制成的Fe2O3的密度/ SiO2-CHNPs比氧化铁纳米颗粒的低，并且稳定氧化铁/二氧化硅-CHNPs在介电介质进行了改进。大小和Fe2O3纳米粒子的粒度分布，氧化铁/二氧化硅纳米粒子和Fe2O3/二氧化硅-CHNPs中的Isopar摹分别通过DLS测量的。如表1所示，平均这些纳米颗粒的尺寸是112.3nm，171.5nm和253.7nm分别。用SiO2的变形例和聚合物，尺寸增大逐渐。尺寸增长是与涂层的厚度不一致层，因为多个纳米颗粒被涂覆在所述反应过程。此外，聚合物链是在进行DLS当拉伸Isopar G，而在进行TEM当聚合物链被卷曲后的溶剂的蒸发。的拉伸和聚合物的卷曲状态也导致了矛盾。这些纳米粒子的多分散性指数（PDI的）分别为0.242，0.268和0.187，分别。小PDI显示出较窄的粒度分布，这意味着良好分散稳定性。结果表明氧化铁/二氧化硅-CHNPs有一个适当大小和窄尺寸分布。2.3 氧化铁/二氧化硅-CHNPs的电泳性质 纳米颗粒的带电性是一个关键因素用于电泳显示器的响应速度。该的表面电荷量可能导致增加量的更高速度的图像切换。表2列出的Zeta氧化铁纳米颗粒，氧化铁/二氧化硅纳米粒子和潜力氧化铁/二氧化硅-CHNPs中的Isopar G和水。这可能是可见，氧化铁纳米颗粒的Zeta电位，氧化铁/二氧化硅纳米粒子和Fe2O3/二氧化硅-CHNPs中的Isopar G为+5.7mV，-3.2 mV至+31.2 mV时，分别与这些水有11.7+毫伏，毫伏-8.9分别+37.3毫伏。zeta电势在水中比在高的Isopar G，因为水是极性溶剂，这可能促进电离。Zeta电位氧化铁/ SiO2-CHNPs是非常高的，这表明聚合物改性增加了表面电荷的Fe2O3纳米粒子的数量大。 图5示出了显示单元的照片之前和一偏压电压的施加之后。图5（a），5（b）和5（c）的对应于没有偏压，偏压电压-20 V和分别偏压为+20V时。如果除去施加的电压，所显示的模式将几个小时保持直到颗粒再次分散在悬浮液中通过布朗运动。该白色和红色的图像具有良好的响应速度和彩，这表明红色电泳设计颗粒可以适用。3 结论 总之，红色电泳粒子被成功制备通过涂覆的二氧化硅和聚合物上的氧化铁纳米粒子又将通过与季铵化修饰表面。该ATRP，受控/活性自由基聚合技术中，用于控制的生长氧化铁/二氧化硅纳米粒的表面上的聚合物层。该这些红色电泳粒子的大小分别控制以平均253.7nm，一个明显的内核 壳层结构和窄的粒度分布。此外，红色电泳粒子具有高的表面电荷密度约31.2+mV中的Isopar摹Zeta电位和+37.3 mV的水。含有电泳分散所制备的Fe2O3红色颗粒和白色二氧化钛颗粒表现出良好的电泳显示器。结果证明，该方法哪些改性无机颗粒作为彩色电泳颗粒是可行的。参考文献1 Ota I, Ohnishi J, Yoshiyama M. 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