LaB-,6-納米粉末及其復(fù)合薄膜的制備工藝及性能研究.pdf

1、2003年澳大利亞學(xué)者報(bào)道了LaB6納米粉末具有近紅外光和紫外光優(yōu)異的吸收/散射作用，立即得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注，LaB6納米材料的合成及其在光學(xué)應(yīng)用的探索已成為研究熱點(diǎn)。本論文采用化學(xué)合成法制備LaB6納米粉末，通過(guò)主要工藝參數(shù)的調(diào)整確定其最佳合成工藝，最終得到高純度的LaB6納米粉末。同時(shí)，借助場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、高分辨透射電鏡等對(duì)其組織與結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并系統(tǒng)研究了LaB6納米粉末的高溫穩(wěn)定性、磁性及光學(xué)性能，最后對(duì)LaB6納米

2、粉末/聚酰亞胺PI、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA復(fù)合材料進(jìn)行了初步探索。 研究結(jié)果表明，LaCl3—NaBH4體系比La2O3—H3BO3等體系更適于制備高純度的LaB6納米粉末。合成工藝的主要參數(shù)為反應(yīng)溫度、保溫時(shí)間、原料配比以及合成助劑（Mg）。失重—差熱分析結(jié)果表明，LaCl3—NaBH4體系在513℃即可開(kāi)始發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)溫度為900℃時(shí)，產(chǎn)物結(jié)晶度低，當(dāng)反應(yīng)溫度為1200℃時(shí)，結(jié)晶完整；保溫時(shí)間由1小時(shí)延長(zhǎng)至3小時(shí)，晶粒尺

3、寸增加；隨著體系中B含量的增加（由La：B為1：6漸增至1：12），產(chǎn)物中過(guò)渡產(chǎn)物L(fēng)aBO3減少；反應(yīng)助劑Mg的加入能消除過(guò)渡產(chǎn)物L(fēng)aBO3，但會(huì)生成新的難以去除含Mg雜質(zhì)MgO等。最后，優(yōu)化工藝參數(shù)制定最佳工藝合成高純度的LaB6納米粉末。 合成的LaB6納米粉末結(jié)晶好，晶粒尺寸為20～70nm，晶粒多呈立方體狀，結(jié)晶完整的LaB6納米單晶外包覆著厚度為1.5～2.5nm的非晶層，品格參數(shù)a=0.4104nm，優(yōu)先生長(zhǎng)方向?yàn)閇

4、100]和[110]晶向。粉末中La和B的原子比La：B≈1：4.05，大于理論值，應(yīng)為L(zhǎng)aB6單晶外包覆的非晶層所致。 LaB6納米粉末的高溫穩(wěn)定性好，但遠(yuǎn)低于微米粉末。自640℃開(kāi)始劇烈氧化，至1200℃LaB6納米粉末幾乎全部被氧化為L(zhǎng)a（BO2）3，氧化物結(jié)晶差，粒徑遠(yuǎn)超出納米范圍。 LaB6納米粉末為抗磁性材料，磁性弱于弱順磁性的LaB6微米粉末，很難被磁化，且磁化后保持磁化狀態(tài)的能力很差。B6結(jié)構(gòu)中間原子

5、最外層電子的不同，導(dǎo)致LaB6的磁性遠(yuǎn)弱于CaB6，以及進(jìn)入納米尺度時(shí)，LaB6納米粉末轉(zhuǎn)為抗磁性而CaB6納米粉末轉(zhuǎn)向鐵磁性。 LaB6納米粉末在中紅外區(qū)有5個(gè)大的吸收帶，其中1130 cm—1和3438 cm—1處的吸收帶對(duì)應(yīng)B6結(jié)構(gòu)中具紅外活性的2個(gè)T1u聲子。其拉曼光譜有四個(gè)峰，分別在212 cm—1、680 cm—1、1078 cm—1和1217 cm—1處，與LaB6的四個(gè)聲子T1u、T2g。Eg和A1g相對(duì)應(yīng)，證

6、實(shí)了LaB6的形成。LaB6納米粉末對(duì)紫外線大部分吸收，可見(jiàn)光大部分透過(guò)，對(duì)780—2020nm范圍的近紅外光有明顯吸收。相對(duì)于微米粉末，LaB6納米粉末在中紅外和紫外，可見(jiàn).近紅外的吸收帶出現(xiàn)藍(lán)移和紅移并存、寬化和窄化并存的現(xiàn)象，中紅外區(qū)甚至出現(xiàn)了新的吸收帶，與納米粉末制備過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變及納米效應(yīng)有關(guān)，同時(shí)拉曼峰的峰形寬化，可能與LaB6晶格的畸變或內(nèi)部應(yīng)力有關(guān)。 本研究應(yīng)用原位聚合法制備出LaB6納米粉末/PI、PMM

7、A復(fù)合薄膜，并對(duì)其光學(xué)性能進(jìn)行了初步研究。將LaB6納米粉末直接分散于聚合物預(yù)聚體或單體中，預(yù)聚體（PAA）亞胺化（PI）或單體（MMA）聚合（PMMA）生成納米粒子與聚合物的復(fù)合材料。硅烷作為偶聯(lián)劑使LaB6納米粉末在聚合物中均勻分散。復(fù)合薄膜的中紅外光譜證實(shí)了復(fù)合薄膜的成功合成，且透過(guò)率均低于1.05%，特別是400—1800cm—1段，透過(guò)率可低至O。LaB6納米粉末/PI復(fù)合薄膜可吸收全部的紫外線以及部分可見(jiàn)光，LaB6含量在0