题目：基于聚合物模板金属纳米粒子的制备、表征及应用

近年来，由于尺寸和形貌可控的金属纳米粒子或者原子团簇，尤其是铜、银纳米粒子具有独特的物理和化学性质，在催化剂、生物传感器、光学、磁学和电子设备等不同应用领域受到广泛重视。然而，由于金属纳米粒子高的表面能经常会出现团聚现象，影响其分散稳定性。铜、银纳米粒子是一种无毒、环境友好的导电和抗菌材料，但这种不稳定限制了其功效及应用。聚合物或聚合物水凝胶网络结构作为模板组装和制备粒子尺寸稳定且分散均匀的金属纳米粒子的重要途径。出于这些考虑，本论文围绕以下几方面开展了以聚乙烯醇接枝的丙烯酰胺或其衍生物，聚N,N-二甲基丙烯酰胺，交联网络为模板的铜、银纳米粒子的组装及相关应用工作。
本论文研究工作主要包括以下两个方面内容：
（1）以聚丙烯酰胺接枝聚乙烯醇，PAAm-g-PVA，为模板，次磷酸钠作为还原剂，利用其结构中的羟基和酰胺基与Cu2+之间的络合作用，设计组装了一种新颖的嵌入纳米尺寸Cu的PAAm-g-PVA/Cu蒸气敏传感导电薄膜材料。而PAAm-g-PVA接枝聚合物的合成是在硝酸铈胺-PVA为氧化-还原引发体系基础上的自由基接枝聚合途径来实现。采用傅里叶变换红外光谱仪和透射电子显微镜对PAAm-g-PVA/Cu复合材料的结构和形貌进行了表征。检测了导电薄膜在各种饱和有机蒸气环境中对电阻响应性的影响，重点分析了导电薄膜在乙醚、石油醚等饱和有机溶剂蒸气中的响应强度，响应时间和恢复性能，以及这性能与接枝聚合物的分子量或聚丙烯酰胺链的长度、初始电阻或铜纳米粒子的含量的依赖关系。研究表明，P(AAm-g-PVA)/Cu导电薄膜在饱和有机溶剂蒸汽中的响应性由溶胀理论、溶剂蒸气分子与薄膜材料之间的相互作用以及气体分子的种类和作用力的强弱所决定的。
（2）通过采用硝酸铈胺-PVA为氧化-还原引发体系，N,N-亚甲基双丙烯酰(N,N-MBA)为交联剂，设计合成了一种聚（N,N-二亚甲基丙烯酰胺-g-聚乙烯醇），PDMAA-g-PVA，接枝交联网络结构的水凝胶。以合成的水凝胶网络作为模板或纳米反应器，采用原位还原硝酸银溶液的方法，可以制备出高度稳定和均匀分布的自组装银纳米粒子。与此同时，Ag+可以通过与氧原子和氮原子的络合作用，从而对Ag+加以束缚，因此PDMAA或PVA链能有效地作为Ag纳米粒子的稳定剂。通过傅里叶变换红外光谱仪对PDMAA-g-PVA/Ag纳米复合材料的结构特征进行了表征，用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观测了PDMAA-g-PVA水凝胶和PDMAA-g-PVA/Ag纳米复合水凝胶的形貌。TEM揭示了类球形且分散均匀的Ag纳米粒子的存在，直径介于10-20 nm之间，这取决于所使用的还原途径。紫外-可见光谱研究显示，水凝胶基质中Ag纳米粒子在410-440 nm出现表面等离子体共振吸收峰。PDMAA-g-PVA纯水凝胶和PDMAA-g-PVA/Ag纳米复合水凝胶的溶胀动力学表明其传输机理属于非Fickian行为模式。随着水凝胶中DMAA比例的增加，每个体系中初始溶胀速率r0和理论最大吸水量S∞参数都有所提高。通过调节DMAA与PVA组份的比例关系，可以控制自组装Ag纳米粒子的尺寸大小和复合材料的溶胀扩散行为。