Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles
he lanthanum hexaboride (LaB₆) nanoparticles are synthesized via a solid state reaction in vacuum. Silane coupling agent is used for modifying the surface of the nanoparticles. This process is carried out in different solutions so as to ascertain the best modification technology. Modified LaB₆ na...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Металлофизика и новейшие технологии |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2013
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104115 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles / L. Hu, L. Zhang, Y. Yuan, G. Min // Металлофизика и новейшие технологии. — 2013. — Т. 35, № 5. — С. 623-632. — Бібліогр.: 18 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104115 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Hu, L. Zhang, L. Yuan, Y. Min, G. 2016-07-01T19:25:01Z 2016-07-01T19:25:01Z 2013 Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles / L. Hu, L. Zhang, Y. Yuan, G. Min // Металлофизика и новейшие технологии. — 2013. — Т. 35, № 5. — С. 623-632. — Бібліогр.: 18 назв. — англ. 1024-1809 PACS numbers:61.46.Hk, 78.30.Jw,78.40.Me,78.67.Bf,81.07.Pr,81.40.Tv, 82.35.Np https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104115 he lanthanum hexaboride (LaB₆) nanoparticles are synthesized via a solid state reaction in vacuum. Silane coupling agent is used for modifying the surface of the nanoparticles. This process is carried out in different solutions so as to ascertain the best modification technology. Modified LaB₆ nanoparticles are added to polymethyl methacrylate (PMMA) matrix by in-situ polymerization. Synthesized nanoparticles are characterized by XRD and TEM, the results show that the obtained particles have high degree of crystallinity and elliptical or cubic shape, the size ranged from 20 nm to 100 nm. In addition, FESEM and Medium infra-red spectrometers are used to prove the effect of surface modification of nanoparticles, alcohol solution can provide the best modification atmosphere for the modifying process, as LaB₆ nanoparticles modified in alcohol solution appear in uniformly elliptic shape and smallest size. Furthermore, the microstructure of PMMA/LaB₆ composites are characterized, and optical properties of the composites are tested by UV-vis-NIR spectrophotometry. Experimental results show that modified LaB₆ nanoparticles dispersed well in the PMMA matrix, the relationship between added LaB₆ nanoparticles and optical properties of PMMA matrix is demonstrated as well. PMMA matrix contained 0.02% wt. LaB₆ nanoparticles can block NIR effectively with slight influence on the high transparency of PMMA matrix. Наночастинки гексабориду лантану LaB₆ синтезовано шляхом твердотільної реакції у вакуумі. Для модифікування поверхні частинок використовувалась сполучна речовина силан. Цей процес виконувався в різних розчинах для визначення найкращої технології модифікування. Модифіковані наночастинки LaB₆ додавалися до матриці поліметилметакрилату (ПММК) під час полімеризації. Синтезовані наночастинки досліджувались методом рентгеноструктурного аналізу та просвічуючої електронної мікроскопії, результати показують, що одержані наночастинки мають високий ступінь кристалічності, еліптичну або кубічну форму і розміри від 20 до 100 нм. Крім того, для підтвердження впливу модифікації поверхні наночастинок використовувались автоемісійний сканувальний електронний мікроскоп та спектрометр середнього інфрачервоного діапазону. Спиртовий розчин може забезпечити найкраще навколишнє середовище для процесу модифікації, тому що наночастинки LaB₆, модифіковані в спиртовому розчині, мають однакову еліптичну форму та мінімальний розмір. Більше того, охарактеризовано мікроструктуру композитів ПММК/LaB₆, а їх оптичні властивості досліджено методами спектрофотометрії в ультрафіолетовому, видимому і ближньому інфрачервоному діапазонах. Результати експерименту показують, що модифіковані наночастинки LaB₆ добре розподілені в матриці ПММК. Продемонстровано також зв’язок між додаванням наночастинок LaB₆ та оптичними властивостями матриці ПММК. Матриця ПММК з 0,02% мас. LaB₆ може ефективно блокувати випромінення ближнього інфрачервоного діапазону при слабкому впливі на високу прозорість матриці ПММК. Наночастицы гексаборида лантана LaB₆ синтезированы путем твердотельной реакции в вакууме. Для модифицирования поверхности наночастиц использовалось связующее вещество силан. Этот процесс выполнялся в различных растворах для определения наилучшей технологии модифицирования. Модифицированные наночастицы LaB₆ добавлялись к матрице полиметилметакрилата (ПММК) во время полимеризации. Синтезированные наночастицы исследовались методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии, результаты показали, что полученные наночастицы имеют высокую степень кристалличности, эллиптическую или кубическую форму и размеры от 20 до 100 нм. Кроме того, для подтверждения влияния модификации поверхности наночастиц использовались автоэмиссионный сканирующий электронный микроскоп и спектрометр среднего инфракрасного диапазона. Спиртовой раствор может обеспечить наилучшую окружающую среду для процесса модификации, так как наночастицы LaB₆, модифицированные в спиртовом растворе, имеют одинаковую эллиптическую форму и минимальный размер. Более того, охарактеризована микроструктура композитов ПММК/LaB₆, а их оптические свойства исследованы методами спектрофотометрии в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Результаты эксперимента показывают, что модифицированные наночастицы LaB₆ хорошо распределены в матрице ПММК. Продемонстрирована также взаимосвязь между добавлением наночастиц LaB₆ и оптическими свойствами матрицы ПММК. Матрица ПММК с 0,02% масс. LaB₆ могла эффективно блокировать излучение ближнего инфракрасного диапазона при слабом влиянии на высокую прозрачность матрицы ПММК. This research was supported by Key Project of Natural Science Foundation of Shandong Province China (No. Z2007F09) and National Science Foundation of China (No. 51102154). en Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Металлофизика и новейшие технологии Металлические поверхности и плёнки Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles Микроструктура и оптические свойства композитов на осно-ве матрицы ПММК с наночастицами LaB₆ Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles |
| spellingShingle |
Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles Hu, L. Zhang, L. Yuan, Y. Min, G. Металлические поверхности и плёнки |
| title_short |
Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles |
| title_full |
Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles |
| title_fullStr |
Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles |
| title_full_unstemmed |
Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles |
| title_sort |
microstructure and optical properties of pmma matrix composites containing lab₆ nanoparticles |
| author |
Hu, L. Zhang, L. Yuan, Y. Min, G. |
| author_facet |
Hu, L. Zhang, L. Yuan, Y. Min, G. |
| topic |
Металлические поверхности и плёнки |
| topic_facet |
Металлические поверхности и плёнки |
| publishDate |
2013 |
| language |
English |
| container_title |
Металлофизика и новейшие технологии |
| publisher |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Микроструктура и оптические свойства композитов на осно-ве матрицы ПММК с наночастицами LaB₆ |
| description |
he lanthanum hexaboride (LaB₆) nanoparticles are synthesized via a solid
state reaction in vacuum. Silane coupling agent is used for modifying the
surface of the nanoparticles. This process is carried out in different solutions
so as to ascertain the best modification technology. Modified LaB₆ nanoparticles
are added to polymethyl methacrylate (PMMA) matrix by in-situ polymerization.
Synthesized nanoparticles are characterized by XRD and TEM, the
results show that the obtained particles have high degree of crystallinity and
elliptical or cubic shape, the size ranged from 20 nm to 100 nm. In addition,
FESEM and Medium infra-red spectrometers are used to prove the effect of
surface modification of nanoparticles, alcohol solution can provide the best
modification atmosphere for the modifying process, as LaB₆ nanoparticles
modified in alcohol solution appear in uniformly elliptic shape and smallest
size. Furthermore, the microstructure of PMMA/LaB₆ composites are characterized,
and optical properties of the composites are tested by UV-vis-NIR
spectrophotometry. Experimental results show that modified LaB₆ nanoparticles
dispersed well in the PMMA matrix, the relationship between added
LaB₆ nanoparticles and optical properties of PMMA matrix is demonstrated
as well. PMMA matrix contained 0.02% wt. LaB₆ nanoparticles can block
NIR effectively with slight influence on the high transparency of PMMA matrix.
Наночастинки гексабориду лантану LaB₆ синтезовано шляхом твердотільної реакції у вакуумі. Для модифікування поверхні частинок використовувалась сполучна речовина силан. Цей процес виконувався в різних
розчинах для визначення найкращої технології модифікування. Модифіковані наночастинки LaB₆ додавалися до матриці поліметилметакрилату
(ПММК) під час полімеризації. Синтезовані наночастинки досліджувались методом рентгеноструктурного аналізу та просвічуючої електронної
мікроскопії, результати показують, що одержані наночастинки мають
високий ступінь кристалічності, еліптичну або кубічну форму і розміри
від 20 до 100 нм. Крім того, для підтвердження впливу модифікації поверхні наночастинок використовувались автоемісійний сканувальний електронний мікроскоп та спектрометр середнього інфрачервоного діапазону.
Спиртовий розчин може забезпечити найкраще навколишнє середовище
для процесу модифікації, тому що наночастинки LaB₆, модифіковані в
спиртовому розчині, мають однакову еліптичну форму та мінімальний
розмір. Більше того, охарактеризовано мікроструктуру композитів
ПММК/LaB₆, а їх оптичні властивості досліджено методами спектрофотометрії в ультрафіолетовому, видимому і ближньому інфрачервоному
діапазонах. Результати експерименту показують, що модифіковані наночастинки LaB₆ добре розподілені в матриці ПММК. Продемонстровано
також зв’язок між додаванням наночастинок LaB₆ та оптичними властивостями матриці ПММК. Матриця ПММК з 0,02% мас. LaB₆ може ефективно блокувати випромінення ближнього інфрачервоного діапазону при
слабкому впливі на високу прозорість матриці ПММК.
Наночастицы гексаборида лантана LaB₆ синтезированы путем твердотельной реакции в вакууме. Для модифицирования поверхности наночастиц использовалось связующее вещество силан. Этот процесс выполнялся в различных растворах для определения наилучшей технологии модифицирования. Модифицированные наночастицы LaB₆ добавлялись к матрице полиметилметакрилата (ПММК) во время полимеризации. Синтезированные наночастицы исследовались методами рентгеноструктурного
анализа и просвечивающей электронной микроскопии, результаты показали, что полученные наночастицы имеют высокую степень кристалличности, эллиптическую или кубическую форму и размеры от 20 до 100 нм.
Кроме того, для подтверждения влияния модификации поверхности наночастиц использовались автоэмиссионный сканирующий электронный
микроскоп и спектрометр среднего инфракрасного диапазона. Спиртовой
раствор может обеспечить наилучшую окружающую среду для процесса
модификации, так как наночастицы LaB₆, модифицированные в спиртовом растворе, имеют одинаковую эллиптическую форму и минимальный
размер. Более того, охарактеризована микроструктура композитов
ПММК/LaB₆, а их оптические свойства исследованы методами спектрофотометрии в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном
диапазонах. Результаты эксперимента показывают, что модифицированные наночастицы LaB₆ хорошо распределены в матрице ПММК. Продемонстрирована также взаимосвязь между добавлением наночастиц LaB₆ и
оптическими свойствами матрицы ПММК. Матрица ПММК с 0,02% масс.
LaB₆ могла эффективно блокировать излучение ближнего инфракрасного
диапазона при слабом влиянии на высокую прозрачность матрицы
ПММК.
|
| issn |
1024-1809 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104115 |
| citation_txt |
Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix Composites Containing LaB₆ Nanoparticles / L. Hu, L. Zhang, Y. Yuan, G. Min // Металлофизика и новейшие технологии. — 2013. — Т. 35, № 5. — С. 623-632. — Бібліогр.: 18 назв. — англ. |
| work_keys_str_mv |
AT hul microstructureandopticalpropertiesofpmmamatrixcompositescontaininglab6nanoparticles AT zhangl microstructureandopticalpropertiesofpmmamatrixcompositescontaininglab6nanoparticles AT yuany microstructureandopticalpropertiesofpmmamatrixcompositescontaininglab6nanoparticles AT ming microstructureandopticalpropertiesofpmmamatrixcompositescontaininglab6nanoparticles AT hul mikrostrukturaioptičeskiesvoistvakompozitovnaosnovematricypmmksnanočasticamilab6 AT zhangl mikrostrukturaioptičeskiesvoistvakompozitovnaosnovematricypmmksnanočasticamilab6 AT yuany mikrostrukturaioptičeskiesvoistvakompozitovnaosnovematricypmmksnanočasticamilab6 AT ming mikrostrukturaioptičeskiesvoistvakompozitovnaosnovematricypmmksnanočasticamilab6 |
| first_indexed |
2025-11-25T22:46:25Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:46:25Z |
| _version_ |
1850572790709616640 |
| fulltext |
623
СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА НАНОРАЗМЕРНЫХ
И МЕЗОСКОПИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
PACS numbers:61.46.Hk, 78.30.Jw,78.40.Me,78.67.Bf,81.07.Pr,81.40.Tv, 82.35.Np
Microstructure and Optical Properties of PMMA Matrix
Composites Containing LaB6 Nanoparticles
Lijie Hu, Lin Zhang, Yifei Yuan, and Guanghui Min
School of Materials Science and Engineering, Shandong University,
73 Jingshi Road,
250061 Jinan, China
The lanthanum hexaboride (LaB6) nanoparticles are synthesized via a solid
state reaction in vacuum. Silane coupling agent is used for modifying the
surface of the nanoparticles. This process is carried out in different solutions
so as to ascertain the best modification technology. Modified LaB6 nanoparti-
cles are added to polymethyl methacrylate (PMMA) matrix by in-situ polym-
erization. Synthesized nanoparticles are characterized by XRD and TEM, the
results show that the obtained particles have high degree of crystallinity and
elliptical or cubic shape, the size ranged from 20 nm to 100 nm. In addition,
FESEM and Medium infra-red spectrometers are used to prove the effect of
surface modification of nanoparticles, alcohol solution can provide the best
modification atmosphere for the modifying process, as LaB6 nanoparticles
modified in alcohol solution appear in uniformly elliptic shape and smallest
size. Furthermore, the microstructure of PMMA/LaB6 composites are char-
acterized, and optical properties of the composites are tested by UV-vis-NIR
spectrophotometry. Experimental results show that modified LaB6 nanopar-
ticles dispersed well in the PMMA matrix, the relationship between added
LaB6 nanoparticles and optical properties of PMMA matrix is demonstrated
as well. PMMA matrix contained 0.02% wt. LaB6 nanoparticles can block
NIR effectively with slight influence on the high transparency of PMMA ma-
trix.
Наночастинки гексабориду лантану LaB6 синтезовано шляхом твердоті-
льної реакції у вакуумі. Для модифікування поверхні частинок викорис-
товувалась сполучна речовина силан. Цей процес виконувався в різних
розчинах для визначення найкращої технології модифікування. Модифі-
ковані наночастинки LaB6 додавалися до матриці поліметилметакрилату
(ПММК) під час полімеризації. Синтезовані наночастинки досліджува-
лись методом рентгеноструктурного аналізу та просвічуючої електронної
мікроскопії, результати показують, що одержані наночастинки мають
Металлофиз. новейшие технол. / Metallofiz. Noveishie Tekhnol.
2013, т. 35, № 5, сс. 623—632
Оттиски доступны непосредственно от издателя
Фотокопирование разрешено только
в соответствии с лицензией
2013 ИМФ (Институт металлофизики
им. Г. В. Курдюмова НАН Украины)
Напечатано в Украине.
624 Lijie HU, Lin ZHANG, Yifei YUAN, and Guanghui MIN
високий ступінь кристалічності, еліптичну або кубічну форму і розміри
від 20 до 100 нм. Крім того, для підтвердження впливу модифікації пове-
рхні наночастинок використовувались автоемісійний сканувальний елек-
тронний мікроскоп та спектрометр середнього інфрачервоного діапазону.
Спиртовий розчин може забезпечити найкраще навколишнє середовище
для процесу модифікації, тому що наночастинки LaB6, модифіковані в
спиртовому розчині, мають однакову еліптичну форму та мінімальний
розмір. Більше того, охарактеризовано мікроструктуру композитів
ПММК/LaB6, а їх оптичні властивості досліджено методами спектрофо-
тометрії в ультрафіолетовому, видимому і ближньому інфрачервоному
діапазонах. Результати експерименту показують, що модифіковані нано-
частинки LaB6 добре розподілені в матриці ПММК. Продемонстровано
також зв’язок між додаванням наночастинок LaB6 та оптичними власти-
востями матриці ПММК. Матриця ПММК з 0,02% мас. LaB6 може ефек-
тивно блокувати випромінення ближнього інфрачервоного діапазону при
слабкому впливі на високу прозорість матриці ПММК.
Наночастицы гексаборида лантана LaB6 синтезированы путем твердо-
тельной реакции в вакууме. Для модифицирования поверхности наноча-
стиц использовалось связующее вещество силан. Этот процесс выполнял-
ся в различных растворах для определения наилучшей технологии моди-
фицирования. Модифицированные наночастицы LaB6 добавлялись к мат-
рице полиметилметакрилата (ПММК) во время полимеризации. Синтези-
рованные наночастицы исследовались методами рентгеноструктурного
анализа и просвечивающей электронной микроскопии, результаты пока-
зали, что полученные наночастицы имеют высокую степень кристаллич-
ности, эллиптическую или кубическую форму и размеры от 20 до 100 нм.
Кроме того, для подтверждения влияния модификации поверхности на-
ночастиц использовались автоэмиссионный сканирующий электронный
микроскоп и спектрометр среднего инфракрасного диапазона. Спиртовой
раствор может обеспечить наилучшую окружающую среду для процесса
модификации, так как наночастицы LaB6, модифицированные в спирто-
вом растворе, имеют одинаковую эллиптическую форму и минимальный
размер. Более того, охарактеризована микроструктура композитов
ПММК/LaB6, а их оптические свойства исследованы методами спектро-
фотометрии в ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном
диапазонах. Результаты эксперимента показывают, что модифицирован-
ные наночастицы LaB6 хорошо распределены в матрице ПММК. Проде-
монстрирована также взаимосвязь между добавлением наночастиц LaB6 и
оптическими свойствами матрицы ПММК. Матрица ПММК с 0,02% масс.
LaB6 могла эффективно блокировать излучение ближнего инфракрасного
диапазона при слабом влиянии на высокую прозрачность матрицы
ПММК.
Key words: LaB6 nanoparticles, PMMA, microstructure, optical properties,
surface modification.
(Received September 27, 2012)
MICROSTRUCTURE AND OPTICAL PROPERTIES OF NANOCOMPOSITES 625
1. INTRODUCTION
Lanthanum hexaboride (LaB6) was widely used in cathode as an excel-
lent thermionic electron emitter material, the relatively low work
function yield high current at low cathode temperature, resulting in
greater brightness and longer life [1, 2]. Recently, LaB6 had drawn
much attention due to other excellent characteristics such as great ab-
sorbance in near-infrared light, bringing itself wide applications in
solar heat control [3].
It was advantageous to add nanomaterials into polymer to prepare a
nanocomposite since this kind of material often showed excellent proper-
ties that neither of the two components would have [4—7]. Polymers con-
taining LaB6 are studied extensively because of their outstanding per-
formance in daily sunlight regulation. PMMA was the primary choice for
the preparation of polymeric nanocomposites because of its superior
properties such as high strength, compatibility with ceramics, dimen-
sional stability, and especially high optical clarity [8—10]. LaB6-doped
polyvinylbutyral (PVB) laminates [11] and PMMA [12] prepared through
melt extrusion exhibited effective absorption of near infrared (NIR) and
good transmittance of visible radiation (VIS). However, it is difficult to
get a good distribution of inorganic nanoparticles in the polymer matrix,
because the problem of nanoparticle agglomeration often existed, more-
over the interfacial adhesion between inorganic nanoparticles and the
matrix is poor. Modifying agents could be used to improve the wettabil-
ity between nanoparticles and matrix [13—16], however modification
technology of LaB6 nanoparticles had not been dealt in depth, it is of vital
importance as it could allow LaB6 nanoparticles to be incorporated into a
polymer matrix to give a well combined composite material.
In this report, the best atmosphere for modifying the surface of
LaB6 is ascertained among several solutions using silane coupling
agent first. Then modified LaB6 nanoparticles were added to PMMA
matrix by in-situ polymerization and microstructure and optical prop-
erties of the composites are also characterized.
2. EXPERIMENTAL PROCEDURE
2.1. Surface Modification of LaB6 Nanoparticles
LaB6 nanoparticles were synthesized via solid state reaction at 1200C
for 2 hours in the vacuum with LaCl3 and NaBH4. Obtained particles
were dissolved in deionized water (DW), dilute hydrochloric acid (8%
HCl) and alcohol solution (AL, 50%), separately. And then 0.4 ml si-
lane coupling agent (KH550) is added into 20 ml above-mentioned so-
lutions to finish the surface modification of LaB6 particles. The process
is accompanied by supersonic vibration at 40C. As the reference sam-
626 Lijie HU, Lin ZHANG, Yifei YUAN, and Guanghui MIN
ple, LaB6 nanoparticles were also added into DW without silane coupling
agent existing and underwent supersonic vibration at 40C as well.
2.2. Composites Preparation
The PMMA matrix composites containing LaB6 nanoparticles were
prepared as shown in Fig. 1. The silane coupling agent treated LaB6
was well dispersed in methyl methacrylate (MMA) under supersonic
vibration. A certain amount of benzoyl peroxide (BPO) working as ini-
tiating agent was added to above mentioned solution and the pre-
polymerization of MMA was carried out at about 90C accompanied by
mechanical mixing. After pre-polymerization, the mixture was poured
into a mold and then kept at 45C in vacuum for 20 hours.
2.3. Testing Methods
X-ray diffraction (XRD) measurement is performed on Japan Rigaku
D/max-RB X-ray diffractometer ( 1.5406 Å). The transmission electron
microscopy (TEM) image is obtained on a Hitachi H-800 transmission elec-
tron microscopy with 200 keV accelerated voltage. Medium infra-red spec-
trum (MIS) is recorded on a VERTEX-70 infrared spectrometer. Field
emission scanning electron microscopy (FESEM) images are taken on a
JSM-6700F scanning electron microscope at 3.0 kV acceleration voltages.
Ultraviolet-visible-near infrared (UV-vis-NIR) absorption spectra of the
products are recorded on UV-vis-NIR spectrophotometry (U-4100).
3. RESULTS AND DISCUSSION
3.1. Formation of LaB6 Nanoparticles
The formation of LaB6 nanoparticles is confirmed through XRD analysis,
FESEM and TEM characterization, as shown in Fig. 2 and Fig. 3. XRD
result shown in Fig. 2 indicated the products were pure LaB6 and had good
crystallinity. Fig. 3 demonstrated that most particles were elliptical or
Fig. 1. Procedure of preparation of PMMA matrix composites containing LaB6
nanoparticles.
MICROSTRUCTURE AND OPTICAL PROPERTIES OF NANOCOMPOSITES 627
cubic shaped with sizes ranging from 20 nm to 100 nm. The inserted im-
age in Fig. 3, b depicted the crystalline structure, it clearly showed an in-
terplanar distance of 4.16 Å, corresponding to the theoretical value
4.15 Å of LaB6 (100) planes.
3.2. Modification of LaB6 Particles
Figure 4 showed the MIS result of LaB6 nanoparticles treated in differ-
ent solutions. The peaks observed at 3440 cm
1
and 1630 cm
1
in Curves
1, 2, and 3 were that of B6 structure according to the literature [17].
Fig. 2. XRD image of LaB6 nanoparticles.
Fig. 3. Morphology and structure images of LaB6 nanoparticles: FESEM image
of the products (a), TEM image of LaB6 nanoparticles (b). The inserted image:
lattice structure.
628 Lijie HU, Lin ZHANG, Yifei YUAN, and Guanghui MIN
Two faint peaks disappeared in Curve 4, this might be caused by de-
structive effect of strong acid atmosphere to B6 structure. Compared
with Curve 1, new characteristic peaks around 1380 cm
1, 1113 cm
1,
900 cm
1
and 785 cm
1
appearing in Curves 2, 3 and 4 are attributed to
the symmetric bending vibration of C—CH3, stretching vibration of C—
N, rocking vibration of —CH3 and stretching vibration of Si—C (usually
two or more peaks in the range of 690—890 cm
1) in SCA, respectively
[18]. So it could be concluded that silane coupling agent exists in LaB6
nanoparticles by certain kind of connecting mode.
Figure 5 showed the morphology of LaB6 nanoparticles modified in
different solutions. It could be seen from Fig. 5, a that the unmodified
sample is mostly composed of cubic nanoparticles appearing in ag-
glomeration to some extent. Particles modified in DW show different
morphology with an elliptic shape, indicating that their surface had
been, though not uniformly, covered by silane coupling agent. Sample
modified in 8% HCl exhibits serious grain agglomeration in spite of
similar morphology, as shown in Fig. 5, a, so acid atmosphere could not
guarantee satisfactory surface modification of LaB6 particles using
silane coupling agent. Particles in Fig. 5, d appear in uniformly elliptic
shape and the degree of grain agglomeration is reduced to the smallest.
Based on the results above, we come to the conclusion that the solu-
tion adopted during surface modification process has strong effect on
the modification result of LaB6 nanoparticles, and AL is the best solu-
Fig. 4. Medium infra-red spectrum of LaB6 treated in different solutions.
MICROSTRUCTURE AND OPTICAL PROPERTIES OF NANOCOMPOSITES 629
tion among all these mentioned above for this process.
3.3. Microstructure of PMMA Matrix Composites
Containing LaB6 Nanoparticles
Figure 6 shows the distribution of LaB6 particles with different weight
ratios from zero to 0.03% in PMMA matrix. Most nanoparticles dis-
persed well in matrix and the shape is intact. The nanoparticles show
uniform morphology, although LaB6 content in the composites in-
creases. Because of the silane modification of LaB6 nanoparticles, in-
organic nanoparticles used to agglomerate spontaneously are not
shown here. First, the addition of silane coupling agent reduced surface
activity of nanoparticles and prevents LaB6 nanoparticles from aggrega-
tion together successfully. Meanwhile it works as the bridge between
inorganic nanoparticles and polymer matrix, and then improves com-
patibility between organic and inorganic particles, producing more
evenly distributed inorganic nanoparticles within organic matrix.
3.4. Optical Properties of PMMA Matrix Composites
Containing LaB6 Nanoparticles
Figure 7 showed the result of UV-vis-NIR absorption spectra of the
Fig. 5. FESEM results of LaB6 nanoparticles modified in different solutions:
(a) unmodified in DW, (b)—(d) modified in DW,HCl and AL, respectively.
630 Lijie HU, Lin ZHANG, Yifei YUAN, and Guanghui MIN
composites. Spectral absorption of the composites had an increasing
tendency as LaB6 mass fraction increased, especially at the wavelength
300—1600 nm. There is linear relationship between the absorption and
LaB6 weight ratios, as the absorption value substantially increases 0.5
with the addition of the LaB6 increased by 0.01% wt. This linear for-
mulation could be given as follows
y APMMA 50x (x 0.01, 0.02, 0.03), (1)
where y and APMMA are the absorption of PMMA contained LaB6 com-
posites and pure PMMA, respectively, x equals to the LaB6 mass frac-
tions in the composites. However, LaB6 content had a slight effect on
the absorption value from 1700 nm. One can note that Curve 2 is sub-
stantially parallel to Curve 1 from 300 to 600 nm. The absorption of
Curve 3 decreases sharply around 600 nm, while curve 4 displayed
similar but weaker tendency. That is to say, Curve 3 had comparatively
lower absorption at VIS-light, and comparatively higher transmittance
meanwhile. So, PMMA matrix containing 0.02% wt. LaB6 nanoparti-
cles could prevent NIR effectively with slight influence on the high
Fig. 6. FESEM images of LaB6 particles with different weight percents in
PMMA: 0% (a), 0.01% (b), 0.02% (c), 0.03% (d).
MICROSTRUCTURE AND OPTICAL PROPERTIES OF NANOCOMPOSITES 631
transparency of PMMA matrix.
4. CONCLUSION
The surface of LaB6 nanoparticles is treated by silane coupling agent
among several solutions, and the modified atmosphere is found to have
a strong influence on the morphology of the nanoparticles. LaB6 sam-
ple modified in AL is composed of uniformly elliptic particles without
agglomeration. So, silane coupling agent could perform as an excellent
modifier for surface treatment of LaB6 materials in AL solution. Fur-
thermore, modified LaB6 nanoparticles are dispersed well in PMMA
matrix, and one can conclude that modification of nanoparticles plays
a significant role in preventing inorganic nanoparticle agglomeration
and in improving interfacial adhesion between inorganic nanoparticles
and polymer matrix. PMMA matrix containing 0.02% wt. LaB6
nanoparticles has a significant effect on blocking NIR among men-
tioned groups of composites.
This research was supported by Key Project of Natural Science
Foundation of Shandong Province China (No. Z2007F09) and National
Science Foundation of China (No. 51102154).
REFERENCES
1. A. Hirakimoto, S. Ohnishi, H. Maeda, T. Kishi, T. Shiota, T. Tamura, M. Ukita,
Fig. 7. Absorption spectra of PMMA matrix composites contained LaB6
nanoparticles.
632 Lijie HU, Lin ZHANG, Yifei YUAN, and Guanghui MIN
S. Fujita, and M. Kamegawa, J. Spectrochim. Acta B. Atomic Spectroscopy, 59:
1101 (2004).
2. H. Zhang, J. Tang, J. S. Yuan, J. Ma, N. Shinya, K. Nakajima, H. Murakami,
T. Ohkubo, and L. C. Qin, Nano Lett., 10: 3539 (2010).
3. S. Schelm and G. B. Smith, Appl. Phys. Lett., 82: 4346 (2003).
4. K. M. Yun, A. B. Suryamas, C. Hirakawa, F. Iskandar, and K. Okuyama,
Langmuir, 25: 11038 (2009).
5. M. Inkyo, Y. Tokunaga, T. Tahara, T. Iwaki, F. Iskandar, C. J. Hogan, and K.
Okuyama, Ind. Eng. Chem. Res., 47: 2597 (2008).
6. M. J. Yang and Y. Dan, J. Appl. Polym. Sci., 101: 4056 (2006).
7. F. M. Pavel and R. A. Mackay, Langmuir, 16: 8569 (2000).
8. S. H. Li, J. Qin, A. Fornara, M. Toprak, M. Muhammed, and D. K. Kim,
Nanotechnology, 20: 185607 (2009).
9. H. C. Kuan, S. L. Chiu, C. H. Chen, C. F. Kuan, and C. L. Chiang, J. Appl. Po-
lym. Sci., 113: 1959 (2009).
10. G. B. Smith, C. A. Deller, P. D. Swift, A. Gentle, P. D. Garrett, and W. K.
Fisher, J. Nanopart. Res., 4: 157 (2002).
11. S. Stefan and G. B. Smith, J. Appl. Phys., 97: 124314 (2005).
12. L. J. Hu, G. H. Min, and X. Yang, Adv. Mater. Res., 150—151: 703 (2011).
13. H. Y. Chen and E. Ruckenstein, J. Chem. Phys., 131: 244904 (2009).
14. Y. Xiong, G. S. Chen, and S. Y. Guo, J. Polym. Sci., Part B Polym. Phys., 46: 938
(2008).
15. R. Y. Hong, J. H. Li, L. L. Chen, D. Q. Liu, H. Z. Li, Y. Zheng, and J. Ding,
Powder Technol., 189: 426 (2009).
16. W. Pan, H. Q. Zhang, and Y. Chen, J. Mater. Sci. Technol., 25: 247 (2009).
17. P. Teredesai, D. V. S. Muthu, N. Chandrabhas, S. Meenakshi, V. Vijayakumar,
P. Modak, R. S. Rao, B. K. Godwal, S. K. Sikka, and A. K. Sood, Solid State
Commun., 129: 791 (2004).
18. S. F. Weng, Fourier Transform Infrared Spectrometer (Beijing: Chemical In-
dustry Press: 2010) (in Chinese).
|