二維納米鉬化合物及其功能復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、二維納米材料具有原子或分子的厚度。與塊狀材料相比，它能夠展現(xiàn)出一些優(yōu)異獨(dú)特的性質(zhì)，具有巨大的功能應(yīng)用潛力。不同于石墨烯的導(dǎo)電性，二維納米鉬化合物是具有很大應(yīng)用前景的半導(dǎo)體材料。本文研究了兩種二維納米鉬化合物：MoS2納米片和MoO3-x納米片。MoS2納米片與塊狀材料相比，由間接帶隙轉(zhuǎn)為直接帶隙，這種改變使其對(duì)電、磁、光等能產(chǎn)生一些特異的反應(yīng)。MoO3-x納米片具有普通半導(dǎo)體不具備的可調(diào)制的局域表面等離子共振效應(yīng)(LSPR)，這使其在電

2、學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域能夠產(chǎn)生極大的應(yīng)用潛力。
　　本文制備了MoS2納米片、MoO3-x納米片及其增強(qiáng)聚合物基功能復(fù)合材料，并探究了它們所具有的新型功能特點(diǎn)。一是利用MoS2納米片熒光信號(hào)會(huì)隨其產(chǎn)生的應(yīng)變出現(xiàn)變化的特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)試MoS2納米片/聚合物復(fù)合材料熒光信號(hào)的變化，達(dá)到非接觸式測(cè)量這類(lèi)復(fù)合材料應(yīng)變的功能。二是利用MoO3-x納米片可調(diào)的LSPR效應(yīng)，制備了具有可調(diào)LSPR效應(yīng)的三維塊狀復(fù)合材料。采用高速剪切工藝對(duì)普通液相超聲分散進(jìn)

3、行了優(yōu)化，以MoS2塊狀材料為原料、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的NMP為分散溶劑，剝離分散制備了MoS2納米片懸浮液。對(duì)該懸浮液進(jìn)行了紫外-可見(jiàn)吸光光譜、熒光光譜的表征。結(jié)果顯示高速剪切優(yōu)化法制備的MoS2納米片懸浮液具有更強(qiáng)的吸光性能和熒光性能，表明該法具有明顯的優(yōu)化效果。對(duì)懸浮液中的MoS2納米片進(jìn)行了熒光光譜、Raman光譜和微觀形貌分析。結(jié)果顯示：MoS2納米片的熒光信號(hào)明顯增強(qiáng)，主峰位置在652nm，對(duì)應(yīng)帶隙寬度為1.9eV；其Raman光

4、譜的兩個(gè)特征峰的間距變??；大部分MoS2納米片的平面尺寸在幾百納米到幾微米，厚度約為幾納米。利用共混法和Layer-by-Layer(LBL)法分別制備了MoS2納米片/epoxy和MoS2納米片/TPU復(fù)合材料，對(duì)其進(jìn)行了熒光光譜、力學(xué)性能和微觀形貌的表征。研究與討論了不同聚合物基體、不同制備方法對(duì)基于MoS2納米片的聚合物基復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果顯示：這兩類(lèi)復(fù)合材料均具有明顯的熒光信號(hào)，表明這兩類(lèi)聚合物不會(huì)影響MoS2納米片的帶隙

5、結(jié)構(gòu)；因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂脆性較大，且MoS2納米片在其中無(wú)序排列，導(dǎo)致MoS2納米片/epoxy的熒光信號(hào)并沒(méi)有隨應(yīng)力發(fā)生明顯變化，但因?yàn)镸oS2納米片韌性較好及其對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂彌散強(qiáng)化的緣故，MoS2納米片/epoxy的韌性得到提升；LBL法在制備 MoS2納米片/TPU時(shí)可以使MoS2納米片平鋪在彈性?xún)?yōu)異的TPU中，當(dāng)多次旋涂制備 MoS2納米片薄層時(shí)，MoS2納米片/TPU的熒光信號(hào)能夠隨其產(chǎn)生的應(yīng)變而發(fā)生變化。采用高速剪切法，以 MoS2

6、塊狀材料為原料、化學(xué)反應(yīng)活性較高的乙醇/水溶液為分散溶劑，制備了MoO3-x納米片懸浮液。反應(yīng)原理是：高速剪切先引起MoS2納米片從塊狀材料上剝離分散；接著引起水分子產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的OH*自由基，將MoS2納米片氧化為 MoO3納米片；然后乙醇將 MoO3納米片還原，溶液中存在的H原子插層進(jìn)入MoO3納米片層間，生成MoO3-x納米片。對(duì)該懸浮液進(jìn)行了LSPR光譜的測(cè)試，結(jié)果表明這種懸浮液具有明顯的LSPR效應(yīng)，LSPR峰值位于可見(jiàn)光或近

7、紅外波段。紫外線(xiàn)輻射能夠促使更多的H原子插層進(jìn)入MoO3-x納米片當(dāng)中，對(duì)MoO3-x納米片懸浮液的LSPR光譜進(jìn)行調(diào)制。對(duì)懸浮中的MoO3-x納米片及相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行了微觀形貌、XPS能譜和Raman光譜的表征與分析。微觀形貌顯示MoO3-x納米片的平面尺寸在100nm150nm，厚度約為58nm；MoO3-x納米片中大部分原子排列呈非晶態(tài)，少部分呈現(xiàn)晶態(tài)。XPS結(jié)果顯示MoO3-x納米片中的Mo具有+6、+5和+4三種價(jià)態(tài)，S以SO4-

8、2形式存在；Raman光譜進(jìn)一步證明制備的懸浮液中含有MoO3-x。利用共混法制備了MoO3-x納米片/epoxy、MoO3-x納米片/TPU復(fù)合材料。MoO3-x納米片/epoxy保持了可調(diào)的LSPR效應(yīng)，紫外線(xiàn)輻射和一定溫度的加熱可以調(diào)制其LSPR光譜。MoO3-x納米片/epoxy中的殘余的氨基(-NH2)具有還原性且可以提供活潑氫進(jìn)行插層，是引起了這類(lèi)復(fù)合材料具有可調(diào)LSPR效應(yīng)的關(guān)鍵。MoO3-x納米片/TPU復(fù)合材料中不具備