納米功能材料的組裝與性能研究

1、論文發(fā)表專家納米功能材料的組裝與性能研究【摘要】：隨著納米科學(xué)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以控制納米材料的基本性 質(zhì)，而制成能適合某種實(shí)際應(yīng)用的特殊功能材料。通過(guò)-淀的組裝技 術(shù)對(duì)納米材料進(jìn)行再設(shè)計(jì),從而使得原子或者分子按照自己的意愿進(jìn) 行排列，構(gòu)筑出特殊的結(jié)構(gòu)體系和花樣，使其具有其他材料所沒(méi)有的特 殊優(yōu)越性能。因此,我們嘗試不同的制備方法分別合成了不同維數(shù)的 納米材料，為后期的組裝提供原料基礎(chǔ)；同時(shí)，利用不同的組裝技術(shù)對(duì) 材料進(jìn)行組裝，形成特定結(jié)構(gòu)并進(jìn)行光、電、磁等性能的研究。首先, 我們分別合成不同維數(shù)的納米材料包括：零維的量子點(diǎn)，一維的鈦酸 鹽納米晶須和納米棒，準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)的納米片，還實(shí)現(xiàn)了一維多壁

2、碳納米 管的表面修飾。其具體內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：（1）利用溶膠-凝膠法制備 出氧化鋅量子點(diǎn)，通過(guò)透射電鏡分析，量子點(diǎn)具有良好的單分散性，大 小均一約為4nmo （2）分別利用超聲過(guò)程中，濃硝酸和臭氧氧化，對(duì)多壁 碳納米管進(jìn)行管帽開(kāi)口和表面改性處理。分別討論硝酸濃度、回流時(shí) 間、以及反應(yīng)溫度、臭氧溶劑以及氧化時(shí)間對(duì)碳納米管修飾效果的影 響。用ft-ir光譜分析了碳納米管的表面修飾;用raman光譜和tem 分析碳納米管的結(jié)構(gòu)形貌。另外,分析了碳納米管在離子液體中的分 散性、溶解性；并用電導(dǎo)率的變化，分析了碳納米管對(duì)離了液體導(dǎo)電性能的影響。（3）以偏鈦酸為鈦源與無(wú)水碳酸鉀以不同比例混合，利用高溫固相

3、法分別成功制備出六鈦酸鉀納米晶須與u!鈦酸鉀納米棒，并通過(guò)不同的后續(xù)水熱反應(yīng)考察了晶須和納米棒的水解物和轉(zhuǎn)化過(guò)程。利用xrd、sem等測(cè)試手段表征了水熱反應(yīng)過(guò)程中的物相轉(zhuǎn)化與形 貌變化，考察了其產(chǎn)物中的ti02成分的光催化性能，發(fā)現(xiàn)其中銳鈦礦 納米ti02具有優(yōu)異的可見(jiàn)光光催化性能。(4)采用插層剝離工藝，制備 出了準(zhǔn)二維ti02納米片(tns)、mn02納米片(mns)及titao5納米 片溶膠。同時(shí)，利用本組發(fā)明的新型螺桿研磨機(jī)進(jìn)行對(duì)層狀化合物的 機(jī)械剝離，制備了高濃度、高質(zhì)量的ti5nbo14、tinbo5和titao5納 米片。通過(guò)xrd、sem、afm、tem、pl等測(cè)試方法表征了納

4、米片 結(jié)構(gòu)形貌與性能，并測(cè)試其zeta電位,判斷納米片的帶電性，結(jié)果表明 納米片均具有很薄的厚度，表面帶負(fù)電荷,在分散介質(zhì)中能穩(wěn)定存在, 具有明顯的丁達(dá)爾現(xiàn)象。其次，我們對(duì)表面修飾后的多壁碳納米管進(jìn) 行組裝與性能測(cè)試?yán)靡徊皆凰夥ê铣闪?fe3o4包覆的磁性碳 納米管復(fù)合物，它對(duì)外加磁場(chǎng)有很強(qiáng)的感應(yīng)性，是一利新型的優(yōu)良軟磁 材料。對(duì)碳納米管引入有機(jī)官能團(tuán)修飾來(lái)合成納米復(fù)合材料已經(jīng)成為 一種發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)自組裝技術(shù),利用功能化多壁碳納米管表面的疏 基與zno量子點(diǎn)進(jìn)行共價(jià)偶合，形成一種具有特殊序列的 znoqds/f-mwcnt杲質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過(guò)這種強(qiáng)的zn-s鍵錨接形成的 zno/mwcnt異

5、質(zhì)結(jié)構(gòu)，非常穩(wěn)定。通過(guò)tem、sem、ft-ir、eds、 uvvis和pl等表征技術(shù)分析測(cè)試了量子點(diǎn)與碳納米管的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的 形貌、穩(wěn)定性、光學(xué)、電學(xué)和光電轉(zhuǎn)換性能，發(fā)現(xiàn)這是一種獨(dú)特異質(zhì) 結(jié)構(gòu)的負(fù)溫度系數(shù)半導(dǎo)體材料,具有熒光猝滅和吸收光譜紅移等特 點(diǎn)。并將其應(yīng)用在染料敏化太陽(yáng)能電池上，并測(cè)試開(kāi)路電壓和閉路電 流。最后得出結(jié)論：碳納米管的引入,能提高電子傳輸速率，增強(qiáng)光電 流和光電壓。最后,我們對(duì)準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)的納米片進(jìn)行了組裝與性能研 究(1)通過(guò)靜電層層自組裝(lbl)方法實(shí)現(xiàn)納米片自組裝，形成納米片 與高分了正電性聚合物的均質(zhì)薄膜以及異質(zhì)薄膜。用uvvis吸收光 譜原位表征了組裝層數(shù)與吸光度的

6、線性關(guān)系，復(fù)合薄膜還拓展了吸光 范圍。納米片的lbl組裝是連續(xù)、均一、可控的，也證明了納米片在 分散體系中的穩(wěn)定性和高分散性。另外,還研究了鋰離子在薄膜中的 嵌入和脫出，說(shuō)明lbl薄膜層狀結(jié)構(gòu)在鋰離子電池方面的應(yīng)用前景。(2)利用靜電沉積組裝方法(esd)將titao5納米片溶膠與稀土金屬離 子沉降，得到高效發(fā)綠光和紅光的納米片固體發(fā)光材料復(fù)合物。通過(guò) xrd、tem、eds、uvvis、pl等分析方法對(duì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、形貌、 能量傳遞和熒光性能進(jìn)行研究。復(fù)合物為層狀結(jié)構(gòu)，主要依靠帶正電 的稀土金屬離子與帶負(fù)電的納米片的靜電吸引沉積而成。將稀土離子 的溶液換成鹽酸溶液時(shí),納米片溶膠同樣發(fā)生了 e

7、sd沉積，形成絮狀沉 淀。通過(guò)bet測(cè)試和光催化降解染料實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明沉積納米片具有 大的比表面積和良好的光催化性能。(3)利用電泳沉積組裝法(epd), 以銅片為負(fù)極吋,納米片可以在正極的ito上進(jìn)行富集沉積，形成結(jié)構(gòu) 規(guī)整、表面平滑的層狀結(jié)構(gòu)，可允許鋰離子的嵌入和脫出，在鋰電池方 面具有很大的應(yīng)用前景。在相同條件下，當(dāng)以ito為負(fù)極時(shí)，得到了很 漂亮規(guī)整的“納米玫瑰"修飾的電極。這些工作為納米片修飾電極的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新的信息?！娟P(guān)鍵詞】：量子點(diǎn)多壁碳納米管自組裝異質(zhì) 結(jié)納米片薄膜【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)www.yifabi 日 _ 論文發(fā)表專家【學(xué)位級(jí)別】：博士【學(xué)位授予

8、年份】：2010【分類號(hào)】：tb383.1【目錄】：摘要6-9abstract9-15第一章緒論15-521.1納米材料的結(jié) 構(gòu)與特性15-181.2納米材料的制備以及特殊性能18-301.3納米材料 的組裝、設(shè)計(jì)以及性能30-421.4本論文的選題思路4243參考文獻(xiàn) 43-52第二章納米材料的制備及表征52-1222.1零維氧化鋅量子點(diǎn)的 制備與表征522.2多壁碳納米管的表面修飾與表征52-632.3 一維六鈦 酸鉀納米晶須的制備與應(yīng)用63-782.4 一維四鈦酸鉀納米棒的制備與 應(yīng)用78-862.5利用廉價(jià)h_2tio_3制備準(zhǔn)二維tio_2納米片及表征 86-932.6利用mn0_2

9、制備mn0_2納米片及表征93-952.7titao_5納 米片的制備與表征95-1002.8機(jī)械剝離法制備ti_5nbo_(14)納米片及 表征100-1092.9機(jī)械剝離法制備tinbo_5納米片109-1132.10機(jī)械剝 離法制備titao_5納米片113-1162.11小結(jié)116-117參考文獻(xiàn)117-122 第三章多壁碳納米管的組裝行為與性能測(cè)試122-1673.1多壁碳納米 管與磁性氧化鐵的組裝與性能研究122-1273.2共價(jià)自組裝方式制備 znoqd/f-mwcnt異質(zhì)結(jié)構(gòu)及性能研究127-1463.3半導(dǎo)體與碳納米 管復(fù)合材料在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用146-1613.4小結(jié)161-162參考文獻(xiàn) 162-167第四章納米片的組裝行為與性能研究167-2074.1納米片lbl 法組裝與性能研究167-1824.2納