前言

近年来，随着材料学、高分子化学等学科的发展，纳米材料受到人们越来越多的重视。由于体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应的存在，使得纳米尺寸的材料会表现出与常规尺寸材料不同的特性。这些特性使得纳米材料可以在很多领域得到应用。在众多不同形状的纳米材料中，纳米粒子由于其能够成球形、易于组装成所需的形状和厚度，吸引了众多研究人员的目光。而且随着化学和物理合成方法的迅速发展，许多结构复杂的复合纳米粒子得到开发。研究表明，通过选用适宜的内核和外壳材料，能够调整纳米粒子的光学、反应性、磁性等属性，因此，复合纳米粒子在生物、化学、物理、工程等领域有更广泛的应用前景。

1987年，Yablonovitch和John提出光子晶体的概念。光子晶体是由具有不同折射率的天然或人工材料在空间周期性排列组成的一种新型的光学介质。制备光子晶体的材料主要有三类：半导体材料、介质材料和有机聚合物材料。在光子晶体的研究领域，通过自组装单分散胶体颗粒的方式取得了一定的成果，但也存在着明显的不足。由于材料制备工艺的限制，高折射率的单分散颗粒（如二氧化钛）很难制备，而复合纳米粒子可以克服这一问题。在单分散性较好的二氧化硅或是聚苯乙烯颗粒表层包覆一层或两层高折射率的材料，一方面避免了制备技术的不足，另一方面内核和外壳材料又改变了单一材料的光学性能。因此复合纳米粒子广泛应用在光子晶体研究领域之中。

复合粒子在显示器件中也具有很好的应用前景。电泳粒子是电子墨水型电泳显示器件中的重要组成物质。为了达到理想的显示效果，电泳粒子必须具有以下特点：①较小的密度；②较好的光学性质；③较好的化学稳定性；④良好的热稳定性；⑤粒子表面带电量足够大；⑥粒径适中；⑦粒子状态稳定不聚集或不团聚。无机纳米粒子具有优异的光学性能、较好的化学稳定性和良好的热稳定性，可以满足电泳粒子的性能要求。但无机纳米粒子表面电荷密度较小、密度偏大且在油相中分散性不好，因此需要对其进行聚合物改性、包覆，以改善表面电荷密度、分散性和光学性能。

因此，本书对复合纳米粒子的制备和性能研究进行了介绍。首先，设计了两种复合纳米粒子用作光子晶体材料，分别是二氧化硅/聚苯乙烯核壳结构纳米粒子（SiO₂/PS NPs）和四氧化三铁/二氧化硅/聚苯乙烯核层壳结构纳米粒子（Fe₃O₄/SiO₂/PS NPs）。通过调整工艺参数，制备在一定范围内粒径大小可控、粒径分布均匀、核（层）壳比例可控的复合纳米粒子。采用垂直自组装的方法将其组装成光子晶体。自编平面波展开法程序，用理论指导实验。其次，还合成了阳离子型白色电泳粒子（二氧化钛/二氧化硅/聚合物核层壳结构纳米粒子，TiO₂/SiO₂-CH NPs）和阳离子型红色电泳粒子（三氧化二铁/二氧化硅/聚合物核层壳结构纳米粒子，Fe₂O₃/SiO₂-CH NPs），研究白色电泳粒子和红色电泳粒子的分散、电泳粒子的适宜结构及粒径大小。

本书由牡丹江师范学院王超宇著，牡丹江师范学院徐晓雨参与了部分工作。书中引用了部分书刊的资料、文献，在此向所引用参考文献的作者致以谢意！由于水平所限，书中不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正！

王超宇

2018年6月