[发明专利]一种多酸基聚合物杂化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种多酸基聚合物杂化材料及其制备方法与应用，该杂化材料包括多酸纳米颗粒和包覆在多酸纳米颗粒表面的聚合物材料，多酸纳米颗粒的粒径为1‑5nm，多酸纳米颗粒的质量占多酸基聚合物杂化材料质量的30％‑44％。制备方法包括：水热前驱体制备步骤和水热反应步骤。本发明的多酸基聚合物杂化材料展现出快速的可逆光致变色响应、强的还原性性能。将多酸基聚合物杂化材料的溶液通过滴涂的方法沉积在普通滤纸或者硅片上，可以被用作复写纸书写、高分辨率光刻信息存储器件以及金属还原沉积的基板；将多酸基聚合物杂化材料溶液配成墨水，直接用于喷墨打印，可用于防伪。

技术领域

本发明涉及一种多酸基聚合物杂化纳米材料及其制备方法与应用，属于纳米材料技术领域。

背景技术

多金属氧酸盐(POMs)简称为多酸，是具有纳米尺度(1-5nm)的过渡金属‐氧簇分子，由过渡金属(钒、铌、钽、钼、钨)和氧元素组成，而且金属均以其最高的价态存在其中。它建立起了一类独特的无机化合物，这是因为它们表现出不同的拓扑结构并且显示独特的化学和电子性质。多酸的一个有趣的特性是大量的多酸簇可以在被还原时呈现为蓝色，被氧化时可以恢复原色。这种可逆的颜色切换类似于常见的有机光致变色染料，能潜在地用于墨水、复写纸、金属还原等领域。

在20世纪80年代和90年代，对多酸的研究主要集中在寻找新的多酸结构和研究其各种性质。然而，由于无机多酸结构的高晶格能量，多酸被认为是不可进行处理的并且很难制备出纯基于多酸的设备。在过去十年中，与有机组分结合的多酸由于其高加工性而获得了研究者们极大的研究兴趣。在各种合成的方法中，一种方法是将多酸整合到聚合物基质中。多酸和聚合物基体的适当组合可以导致混合材料具有多酸的独特性质和聚合物的加工性和稳定性，可以得到广泛的应用。制备聚合物/多酸杂化物已成为热门话题，并且聚合物/多酸混合材料的制备和性能均取得了很大进展。例如：中国专利文件CN102040793A(申请号：201010541625.0)公开了一种水溶性聚合物PGEA与Dawson多酸或Dawson空位多酸组装纳米杂化材料及其制备方法。其制备步骤为：配制一定浓度的多酸水溶液和聚合物水溶液，将两种溶液按不同的比例进行混合，振荡，混合均匀，就可以得到一类聚合物-多酸杂化材料。然而，该纳米杂化材料是通过简单的混合得到，多酸和聚合物基质之间缺乏固定，使杂化材料的稳定性降低，从而影响并限制了材料的应用。

变色材料在日常生活中应用十分广泛，目前的变色材料多为有机光致变色染料。然而，有机光致变色染料的合成过程复杂，而且容易被光降解。也有文件报道采用多酸制备变色材料，例如：中国专利文件CN102977879A(申请号：201210511259.3)公开了一种通过共价键构筑的多酸基光致变色超分子自组装材料。该超分子自组装材料的合成方法为：首先制备硅烷类偶氮苯衍生物，然后将偶氮苯部分链接到多酸体系上，通过共价键构筑了基于多酸的光致变色材料，最后将其分散到qa溶剂中得到超分子自组装材料。然而，该制备过程相对复杂，而且通过共价键构筑多酸基材料具有一定的局限，其能够使用的多酸只能来源于可修饰的多酸(六钼酸盐或空位型多酸)，这不能很好的利用其他多酸本征的变色性能，使变色效果降低。

发明内容

针对现有技术的不足，尤其是针对现有技术中制备过程相对复杂、材料功能性单一等的不足，本发明提供一种多酸基聚合物杂化材料及其制备方法与应用。本发明的多酸基聚合物杂化材料具有快速双模颜色转换性能，具有多种功能的应用，比如墨水、高分辨光刻、复写纸和金属还原的基板。

本发明的技术方案如下：

一种多酸基聚合物杂化材料，包括多酸纳米颗粒和包覆在多酸纳米颗粒表面的聚合物材料，所述的多酸纳米颗粒的粒径为1-5nm，多酸纳米颗粒的质量占多酸基聚合物杂化材料质量的30％-44％。

根据本发明，优选的，所述的多酸为钨多酸(H₂W₆O₁₉，HTA)、钼多酸或铌多酸。