納米功能材料的組裝與性能研究.pdf

1、隨著納米科學的發(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際應用的特殊功能材料。通過一定的組裝技術對納米材料進行再設計，從而使得原子或者分子按照自己的意愿進行排列，構筑出特殊的結構體系和花樣，使其具有其他材料所沒有的特殊優(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；同時，利用不同的組裝技術對材料進行組裝，形成特定結構并進行光、電、磁等性能的研究。主要研究內(nèi)容包括：
　

2、　 ⑴分別合成不同維數(shù)的納米材料包括：零維的量子點，一維的鈦酸鹽納米晶須和納米棒，準二維結構的納米片，還實現(xiàn)了一維多壁碳納米管的表面修飾。其具體內(nèi)容包括以下幾點：①利用溶膠-凝膠法制備出氧化鋅量子點，通過透射電鏡分析，量子點具有良好的單分散性，大小均一約為4nm。②分別利用超聲過程中，濃硝酸和臭氧氧化，對多壁碳納米管進行管帽開口和表面改性處理。分別討論硝酸濃度、回流時間、以及反應溫度、臭氧溶劑以及氧化時間對碳納米管修飾效果的影響。用F

3、T-IR光譜分析了碳納米管的表面修飾；用Raman光譜和TEM分析碳納米管的結構形貌。另外，分析了碳納米管在離子液體中的分散性、溶解性；并用電導率的變化，分析了碳納米管對離子液體導電性能的影響。③以偏鈦酸為鈦源與無水碳酸鉀以不同比例混合，利用高溫固相法分別成功制備出六鈦酸鉀納米晶須與四鈦酸鉀納米棒，并通過不同的后續(xù)水熱反應考察了晶須和納米棒的水解物相轉(zhuǎn)化過程。利用XRD、SEM等測試手段表征了水熱反應過程中的物相轉(zhuǎn)化與形貌變化，考察了其

4、產(chǎn)物中的TiO2成分的光催化性能，發(fā)現(xiàn)其中銳鈦礦納米TiO2具有優(yōu)異的可見光光催化性能。④采用插層剝離工藝，制備出了準二維TiO2納米片(TNS)、MnO2納米片(MNS)及TiTaO5納米片溶膠。同時，利用本組發(fā)明的新型螺桿研磨機進行對層狀化合物的機械剝離，制備了高濃度、高質(zhì)量的Ti5NbO14、TiNbO5和TiTaO5納米片。通過XRD、SEM、AFM、TEM、PL等測試方法表征了納米片結構形貌與性能，并測試其Zeta電位，判斷納

5、米片的帶電性，結果表明納米片均具有很薄的厚度，表面帶負電荷，在分散介質(zhì)中能穩(wěn)定存在，具有明顯的丁達爾現(xiàn)象。
　　 ⑵對表面修飾后的多壁碳納米管進行組裝與性能測試。利用一步原位水解法合成了Fe3O4包覆的磁性碳納米管復合物，它對外加磁場有很強的感應性，是一種新型的優(yōu)良軟磁材料。對碳納米管引入有機官能團修飾來合成納米復合材料已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。通過自組裝技術，利用功能化多壁碳納米管表面的巰基與ZnO量子點進行共價偶合，形成一種具有

6、特殊序列的ZnOQDs/f-MWCNT異質(zhì)結構。通過這種強的Zn-S鍵錨接形成的ZnO/MWCNT異質(zhì)結構，非常穩(wěn)定。通過TEM、SEM、FT-IR、EDS、UV-Vis和PL等表征技術分析測試了量子點與碳納米管的異質(zhì)結構的形貌、穩(wěn)定性、光學、電學和光電轉(zhuǎn)換性能，發(fā)現(xiàn)這是一種獨特異質(zhì)結構的負溫度系數(shù)半導體材料，具有熒光猝滅和吸收光譜紅移等特點。并將其應用在染料敏化太陽能電池上，并測試開路電壓和閉路電流。最后得出結論：碳納米管的引入，能提

7、高電子傳輸速率，增強光電流和光電壓。
　　 ⑶對準二維結構的納米片進行了組裝與性能研究。①通過靜電層層自組裝(LBL)方法實現(xiàn)納米片自組裝，形成納米片與高分子正電性聚合物的均質(zhì)薄膜以及異質(zhì)薄膜。用UV-Vis吸收光譜原位表征了組裝層數(shù)與吸光度的線性關系，復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，說明LBL薄膜層狀結構在

8、鋰離子電池方面的應用前景。②利用靜電沉積組裝方法(ESD)將TiTaOs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)光材料復合物。通過XRD、TEM、EDS、UV-Vis、PL等分析方法對復合物的結構、形貌、能量傳遞和熒光性能進行研究。復合物為層狀結構，主要依靠帶正電的稀土金屬離子與帶負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，納米片溶膠同樣發(fā)生了ESD沉積，形成絮狀沉淀。通過BET測試和光催化降