[发明专利]聚乙烯基咔唑插层水滑石荧光薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机－无机复合材料领域，具体涉及一种聚乙烯基咔唑插层水滑石荧光薄膜及其制备方法。

背景技术

咔唑是一种重要的含氮原子杂环类有机化合物，其衍生物作为优良的光学材料和精细化学品的中间体，在诸如偶氮染料、有机发光材料、医药、橡胶助剂等领域有广泛的应用。以咔唑及其衍生物为单体合成的聚合物具有卓越的导热、导电、荧光发射性能；且具有半导体和光导性能，还可以作为电荷转移复合物的原料使用。近年来咔唑及其衍生物的聚合产物得到了越来越多的关注，是多个应用领域的研究热点。

水滑石(LDHs)是由层间阴离子及带正电荷层板堆积而成的化合物。LDHs的化学组成具有如下通式：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+(A^n–)_x/n·mH₂O，其中M²⁺和M³⁺分别为位于主体层板上的二价和三价金属阳离子，如Mg²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺等二价阳离子和Al³⁺、Cr³⁺、Co³⁺等三价阳离子均可以形成水滑石；A^n–为层间阴离子，包括无机阴离子，有机阴离子，配合物阴离子等；x为M³⁺/(M²⁺+M³⁺)的摩尔比值，大约为1：5到1：3；m为层间水分子的个数。水滑石化学稳定性良好，具有较强的抗热和耐腐蚀性能，且LDHs层板金属离子可调变，层间阴离子具有可交换性，多种功能性阴离子都可通过离子交换进入层间。目前已经得到多种功能型复合材料，使得LDHs在高性能催化材料、生物材料、电子材料、吸波材料、环保材料等新兴领域展示出了广阔的应用前景。LDHs薄膜材料更有利于实现功能LDHs材料的器件化，显著拓宽了其在工业上的应用。目前水滑石材料成膜的方法主要有：溶剂蒸发法，层层组装法，原位生长法。其中原位生长法是在铝基底上直接生长得到，成膜后具有不易脱落、机械强度大，耐腐蚀性强等优点，因此得到了越来越多的关注和实际应用。

在文献(1)苯并咔唑插层水滑石复合发光材料及其制备方法，发明专利CN200810227218中，闫东鹏等人将2-羟基苯并咔唑-3-羧酸根阴离子插层水滑石粉体的层间。发现将苯并咔唑插入水滑石层间后形成了新型有机—无机复合物，实现了苯并咔唑分子在分子尺度上定向排列和均匀分散，有效避免了有机分子团聚造成的荧光量子效率降低的问题，提高了苯并咔唑的发光效率和化学稳定性。

在文献(2)Adv.Mater.,2012,24:6053-6057中，Zhen Li等人采用层层组装法制备了聚N-乙烯基咔唑和二萘嵌苯修饰的水滑石薄膜材料，在该材料中聚N-乙烯基咔唑与水滑石层板间靠氢键相互作用，实现了中性聚合物在水滑石层间的组装。该团队还详细研究了这种薄膜材料在荧光发射过程中的层间客体能量转移，提出了提高聚咔唑类物质荧光发光效率的方法。

目前国内尚无有关采用原位聚合法制备中性聚N-乙烯基咔唑插层垂直基底排列水滑石薄膜的文献及专利报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种机械强度高、耐高温、耐腐蚀性气体的聚乙烯基咔唑插层水滑石荧光薄膜；本发明同时提供其制备方法。

本发明所述的聚N-乙烯基咔唑与对叔丁基苯甲酸根插层的水滑石薄膜，是先通过电解氧化法在金属铝基板上生成一层致密氧化铝层作为铝基底(AAO/Al)，再采用原位生长法在该基底上生成层板垂直铝基底排列的对叔丁基苯甲酸根(4-tert-Butylbenzoic acid，PTBBA^-)插层水滑石薄膜，在层间形成含有苯环结构的疏水性环境；然后将N-乙烯基咔唑(N-Vinylcarbazole，VK)引入并固定于对叔丁基苯甲酸根修饰的水滑石层间；再将该薄膜浸泡在氯仿中，用高压汞灯照射，促使N-乙烯基咔唑在水滑石层间发生原位聚合，得到聚N-乙烯基咔唑(Poly(N-vinylcarbazole)，PVK)与对叔丁基苯甲酸根插层的水滑石薄膜。

本发明所述的聚N-乙烯基咔唑与对叔丁基苯甲酸根插层的水滑石薄膜为超分子结构，其晶体结构为类水滑石材料的晶体结构，其化学式为：