幾種結(jié)構(gòu)新穎的納-微米材料的軟化學(xué)合成及其表征.pdf

1、通過流變相法合成了片狀納米氧化鋅，用X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)以及熒光光譜(PL)對所得產(chǎn)物的組成、形貌及熒光性質(zhì)進行了研究。研究表明，所得產(chǎn)物為纖鋅礦結(jié)構(gòu)氧化鋅納米片，片厚度約為20 nm，納米片存在較大的表面缺陷。 以尿素、乙酸鎳和乙酸鈷為原料，用均相沉淀法制備了鈷酸鎳(NiCo2O4)納米鏈，并通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)以及振動樣品磁強計(VSM)等對所

2、得產(chǎn)物的組成、形貌及磁學(xué)性質(zhì)進行了表征。研究表明，當(dāng)前軀體在350℃分解，可得到粒徑為15 nm，長度為150 mn的納米鏈產(chǎn)物，體系中引入聚乙二醇-600(PEG-600)，納米鏈產(chǎn)物的粒徑減小為9 nm，長度增大為220 nm。VSM測試表明，兩種產(chǎn)物都表現(xiàn)出超順磁性。 采用乳液聚合法合成出鐵酸鎳/聚鄰苯二胺(PoPD)核殼型納米復(fù)合物。并通過X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)、選區(qū)

3、電子衍射(SAED)以及振動樣品磁強計(VSM)等對所得產(chǎn)物的組成、形貌及磁學(xué)性質(zhì)進行了研究。結(jié)果表明，合成的納米復(fù)合物具有良好的核殼型結(jié)構(gòu)，比飽和磁化強度為37.62 emu/g。 以FeCl3為氧化劑，室溫下對鄰苯二胺進行界面聚合制備了多角空洞微米纖維，X射線能譜分析(EDX)表明，此過程可以原位實現(xiàn)Cl-的摻雜。形貌觀察表明，微米纖維是通過一些納米纖維聚集成束形成，體系中PEG-6000的介入對產(chǎn)物的生長方式影響很大，提出

4、了一種PEG-6000介入的FeCl3氧化鄰苯二胺進行界面聚合的可能機理。 納米材料由于具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等性質(zhì)使其在磁、光、電、敏感等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具有的特性。因此在發(fā)光材料、催化材料、非線性光學(xué)材料、光敏感傳器材料等方面有廣闊的應(yīng)用前景。發(fā)現(xiàn)和合成新型的納米材料及新穎的納米結(jié)構(gòu)以及研究納米材料的性能、微結(jié)構(gòu)和譜學(xué)特征，通過與常規(guī)材料對比，找出納米納米材料的規(guī)律，建立描述和表征納米材料的新概念和新理論，

5、發(fā)展和完善納米材料科學(xué)體系是納米材料研究的重要內(nèi)容。 在納米材料的制備技術(shù)上，軟化學(xué)法越來越受到廣泛關(guān)注，軟化學(xué)法包括：液相沉淀法、溶膠-凝膠法、低熱固相法、微乳液法、流變相法、水熱法、電化學(xué)法等。軟化學(xué)為材料合成開辟了廣闊的空間，不僅克服了傳統(tǒng)方法的高能耗，難控制，高成本的缺點，達到在反應(yīng)設(shè)備和反應(yīng)條件方面符合綠色化學(xué)的要求，而且因其在溫和條件下(如相對較低的溫度)即可實現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的特點為實現(xiàn)人為控制反應(yīng)過程、路徑、機制提供更

6、大的空間，從而實現(xiàn)對產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)的設(shè)計，達到分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)剪裁的目的。一些高溫體系不穩(wěn)定的組分在軟環(huán)境體系下可能形成具有介穩(wěn)態(tài)的結(jié)構(gòu)，從而可實現(xiàn)各種組分的復(fù)合或是最終得到各種具有特殊尺度、結(jié)構(gòu)和形態(tài)的結(jié)構(gòu)材料和特殊功能材料。 氧化鋅是一種重要的半導(dǎo)體材料，室溫下禁帶寬度為3.2 eV，具有很大的激子束縛能(約60 meV)，這使其具有一系列優(yōu)異、獨特的光學(xué)、聲學(xué)和電子學(xué)性質(zhì)。納米氧化鋅與體相氧化鋅相比更具有一些特殊的性能，使

7、其在發(fā)光二極管和激光器以及化學(xué)傳感器、光催化和光電轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。同時，不同形貌的氧化鋅對性能具有很大的影響，目前，氧化鋅納米片的研究報道較少，這類形貌的氧化鋅的合成以及結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系有待研究。 磁性納米復(fù)合氧化物是無機功能材料的重要研究對象，磁性納米復(fù)合氧化物是近年發(fā)展起來的一類新型功能復(fù)合材料。其作為納米復(fù)合材料的一個分支，以其奇特、優(yōu)異的性能贏得了越來越多的科學(xué)家們的關(guān)注。目前，液相沉淀法、溶膠-凝膠法、低

8、熱固相法、電化學(xué)法、流變相法等都有應(yīng)用在磁性納米復(fù)合氧化物的合成研究中，近年來，該類復(fù)合氧化物在結(jié)構(gòu)調(diào)控與性能優(yōu)化上取得了很好的進展。但NiCo2O4納米材料的可控制備與性能研究較少，這對該復(fù)合氧化物的應(yīng)用十分不利，目前報道的研究很少涉及形貌結(jié)構(gòu)的控制，性能上也主要集中在電學(xué)催化領(lǐng)域，因此，對該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)調(diào)控以及其他方面性能(如磁學(xué)性質(zhì))的研究有很大空間。 近年來，聚合物納米復(fù)合材料的研究已在世界范圍內(nèi)掀起了新的浪潮，并取得了許

9、多可觀的成果。其中，聚合物與無機物的納米復(fù)合材料是一大熱點，這種兼具無機材料優(yōu)點與聚合物材料優(yōu)點的新型功能材料的研究越來越廣泛與深入。材料結(jié)構(gòu)的控制及結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的把握逐漸邁向新的臺階。其中，構(gòu)建核殼性無機物/聚合物納米復(fù)合材料及開發(fā)其優(yōu)良性能的研究受到極大重視，作為以磁性氧化物為核和導(dǎo)電聚合物為殼的納米復(fù)合材料就是其中一個重要領(lǐng)域，這類材料在生物功能材料、光學(xué)光電材料、電學(xué)磁學(xué)材料、催化材料等領(lǐng)域有極大應(yīng)用前景。 導(dǎo)電聚合物

10、不僅本身具有良好導(dǎo)電性、重量輕、良好的機械與加工性能及分子設(shè)計結(jié)構(gòu)多樣化等聚合物材料的通性，而且還具有卓越的光學(xué)、電化學(xué)等特性而顯示出廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過20余年的研究，導(dǎo)電聚合物無論在材料的設(shè)計和合成、摻雜和導(dǎo)電機理、結(jié)構(gòu)與性能、加工性和穩(wěn)定性以及在技術(shù)上應(yīng)用等方面均已取得很大的進展，但目前導(dǎo)電聚合物的合成、結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能優(yōu)化上仍有許多問題尚待解決。其中，導(dǎo)電聚合物的合成制備技術(shù)需要進一步開發(fā)，導(dǎo)電聚合物的形貌結(jié)構(gòu)的控制、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)

11、系等相關(guān)理論與應(yīng)用研究是重要內(nèi)容之一。 本文研究內(nèi)容包括以下幾個部分： 第1章為緒論部分，首先簡單介紹了納米材料的研究內(nèi)容與軟化學(xué)的基本特點與應(yīng)用。簡單介紹了氧化鋅的應(yīng)用與合成進展，較詳細綜述了磁性納米納米復(fù)合氧化物、導(dǎo)電聚合物/磁性納米復(fù)合材料、共軛聚合物與導(dǎo)電高分子的合成與應(yīng)用的研究進展，據(jù)此提出課題具體研究內(nèi)容與課題的創(chuàng)新點。 第2章以乙酸鋅與氫氧化鈉為原料，水為溶劑，通過流變相法合成了片狀納米氧化鋅，用X

12、射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)以及熒光光譜(PL)對所得產(chǎn)物的組成、形貌及熒光性質(zhì)進行了研究。研究表明，所得產(chǎn)物為纖鋅礦結(jié)構(gòu)氧化鋅納米片，片厚度約為20 nm，納米片存在較大的表面缺陷。 第3章以尿素為沉淀劑，用均相沉淀法合成了納米鏈型鈷酸鎳。合成溫度控制在350℃，有利于得到兼顧純度與結(jié)晶度的鈷酸鎳，在體系中加入適量的PEG-600可以起細化粒子粒徑的作用，從而得到更細和更長的納米鏈鈷酸鎳。鈷酸鎳納米鏈與尿素的水

13、解特點有關(guān)，尿素沉淀形成的前軀體退火處理后可得到的尺寸分布均一的納米粒子，這些納米粒子可以形成納米鏈且具有超順磁性。 第4章利用水熱法合成出了棱形與六方形共存結(jié)構(gòu)的納米鐵酸鎳單晶，產(chǎn)物結(jié)晶度和純度都很高。通過乳液聚合法合成出鐵酸鎳/聚鄰苯二胺核殼型納米復(fù)合物。VSM測試結(jié)果顯示，納米鐵酸鎳磁性核具有很高的磁性，室溫下的比飽和磁化強度達到56.01 emu/g，而有機包覆得到的復(fù)合物的比飽和磁化強度為37.62emu/g，復(fù)合物仍

14、然具有較高的磁性。 第5章利用界面聚合法合成出多種聚鄰苯二胺微米纖維。使用FeCl3氧化劑不僅可以進行引發(fā)反應(yīng)，同時也可以實現(xiàn)Cl-對產(chǎn)物的摻雜。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)時間，可控制纖維的尺寸大小，通過調(diào)節(jié)體系中PEG-6000的量，可以控制纖維的具體形貌，得到具有小空洞結(jié)構(gòu)的多角光滑微米纖維、具有大空洞結(jié)構(gòu)的多角光滑微米纖維以及具有小空洞結(jié)構(gòu)的多角粗糙微米纖維。界面聚合的特殊反應(yīng)場所為聚鄰苯二胺定向生長成特殊結(jié)構(gòu)的微米纖維提供了有利條件。