銀—聚吡咯納米復(fù)合材料的制備、表征及性能研究.pdf

1、一維、二維和三維的金屬納米粒子尤其是貴金屬的納米粒子具有優(yōu)良的光、電和催化性能。然而，金屬納米粒子易發(fā)生團(tuán)聚，而且在空氣中容易被氧化。因此，在金屬納米粒子體系中一般多加入穩(wěn)定劑，在其表面形成包覆層使其穩(wěn)定存在。在金屬納米粒子表面包覆高聚物材料，也可以延長它在空氣中的穩(wěn)定性。此外，聚合物層還可以增加體系的柔韌性，在一定程度上改善它的加工性能。但是，由于通用高聚物包覆層的絕緣性而影響了金屬納米粒子固有的電性能。如果采用導(dǎo)電高聚物包覆金屬納米

2、粒子不僅可以延長金屬納米粒子在空氣中的穩(wěn)定性，保持金屬納米粒子的導(dǎo)電性能，同時金屬納米粒子也可以改善導(dǎo)電高聚物的強(qiáng)度和加工性能。這種以金屬納米粒子為核、導(dǎo)電高聚物為殼的納米復(fù)合材料，在納米微電子和納米電路等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。 首次利用金屬納米線吸附相應(yīng)離子的方法，原位制備出銀—聚吡咯同軸納米電纜。由于金屬納米線的高表面原子比率特性，在其表面能夠吸附上相同原子的離子。首先用AgNO3水溶液處理制備出的銀納米線，通過表面離子的

3、氧化還原反應(yīng)、Zeta電位測定等，證明了在銀納米線的表面吸附了一層Ag+離子。該Ag+離子層可以在不另加入其它氧化劑的情況下氧化吡咯單體在銀納米線表面發(fā)生聚合。因此，在吸附有Ag+離子的銀納米線的水分散液中加入吡咯單體，反應(yīng)一段時間后可得到表層為聚吡咯、內(nèi)核為銀納米線的銀—聚吡咯同軸納米電纜。通過形貌表征，可以看出銀納米線外的聚吡咯包覆層厚度均勻，在一定范圍內(nèi)，包覆層的厚度隨著所使用的AgNO3水溶液濃度的增加而增加，可控制在3～20納

4、米范圍。當(dāng)銀納米線表面吸附的銀離子達(dá)到飽和以后，繼續(xù)增加AgNO3水溶液濃度，聚吡咯包覆層的厚度基本不變。 首次報道在室溫水溶液中通過一步反應(yīng)制備出銀—聚吡咯同軸納米電纜。將AgNO3水溶液和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)水溶液，同時滴加到加有吡咯單體的反應(yīng)瓶中，室溫下攪拌反應(yīng)48小時，得到銀—聚吡咯同軸納米電纜。形貌研究表明，在單根納米電纜的不同位置，聚吡咯包覆層厚度不同，在其一端處，聚吡咯包覆層較厚，類似于半球形，而在另一端處，

5、聚吡咯包覆層較薄。詳細(xì)研究了反應(yīng)物的配比和加料方式對銀—聚吡咯同軸納米電纜形貌的影響規(guī)律。并通過TEM、SEM、AFM以及UV-Vis-NIR等手段從多角度跟蹤研究了該體系中銀—聚吡咯同軸納米電纜的生長過程。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)AgNO3遇到吡咯單體時首先生成銀的細(xì)小顆粒，然后通過Ostwald熟化這些細(xì)小粒子轉(zhuǎn)變成形貌規(guī)則的片晶，這些片晶又相互聚集形成較為穩(wěn)定的聚集體，并在片晶的某一角往一維方向延伸，直到片晶完全消耗殆盡，得到銀—聚吡咯同軸納

6、米電纜。根據(jù)實驗現(xiàn)象和文獻(xiàn)報道推測了該體系銀—聚吡咯同軸納米電纜的生長機(jī)理。由于PVP在銀晶格不同晶面的非同性吸附性能，使得吡咯單體傾向于吸附在銀的[100]面上，銀離子傾向于吸附在銀的[111]面上，因此，吡咯單體與銀離子間的氧化還原反應(yīng)主要發(fā)生在[100]和[111]面的交界處。得到的聚吡咯附層著在[100]面，而新生成的銀粒子則融入[111]面，在一維方向上同時增長。也就是說PVP影響了吡咯單體與AgNO3之間氧化還原反應(yīng)的場所，

7、而這個場所直接決定了產(chǎn)物的最終形貌和其形成過程。 本論文還首次報道了在聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、吡咯單體和AgNO3水溶液的體系中通過控制吡咯單體的濃度制備三角形銀—聚吡咯納米片晶(納米棱鏡)。在吡咯單體濃度相對較低的情況下，得到的產(chǎn)物多為銀—聚吡咯納米片晶。文中詳細(xì)討論了影響銀—聚吡咯納米片晶形貌的因素。 在一定的PVP濃度下，通過吡咯單體與AgNO3水溶液間的氧化還原反應(yīng)可得到具有規(guī)則核殼結(jié)構(gòu)的銀—聚吡咯納米微球。