银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒的制备及其海洋防腐性能研究

论文摘要

核壳结构纳米颗粒由于具有良好的光学、化学、电学、催化、磁学、机械性能,在新型催化剂、防止团聚、防止光降解、光子晶体传感器等方面有着广泛的应用前景,正成为为材料科学前沿的一个日益重要的研究领域。然而,目前制备的核壳结构纳米颗粒普遍存在着浓度低,制备过程复杂或单分散性不好等问题。本文选择银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒的制备过程进行研究,并提出将其作为一种涂料添加剂的思想,希望能够提供一种长效、环境友好的新型海洋防腐涂料添加剂。实验分别采用TEM,XRD, BET. Zeta电位,激光粒度以及紫外可见光谱等手段对制备的纳米颗粒进行了表征,并利用电化学噪声分析对海洋防腐性能进行了初探。全文主要内容如下：1、以水合联氨为还原剂还原硝酸银溶液,CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）为表面活性剂的条件下,制备了单分散的银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒。通过对影响纳米颗粒制备的反应时间、CTAB. TEOS浓度、乙醇以及氨水用量等条件的探索,得到了较佳的实验条件。所制备的纳米颗粒银核大小在10-18nm,二氧化硅壳厚度在18-30nm,纳米颗粒比表面积为136.05m2/g。2、利用抗坏血酸还原硝酸银,氢氧化钠作为催化剂,TEOS作为硅源,在酸性条件下水解,制备了高浓度单分散的银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒悬浮液。所得的纳米颗粒银核结晶良好,纳米颗粒比表面积达到179.29m2/g。同时,银核大小在14-26nm,外层二氧化硅层厚度在15-28nm。抗菌实验发现在低浓度下,对革兰氏阳性菌以及革兰氏阴性菌均具备良好的杀菌抑菌作用。3、为了考察所得银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒的防腐性能,实验对纳米颗粒进行了电化学噪声测试分析。将银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒分散到乙醇与丙酮混合溶液中,添加到环氧树脂清漆,以添加了营养物质的海水作为实验介质,进行加速防腐实验。通过电化学噪声分析测试,与空白样进行对比,结果发现：海水中钢铁受到无机盐腐蚀的同时,主要受到微生物腐蚀；制备所得的银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒能够在较长时间提高钢铁防无机盐以及微生物腐蚀能力至少80%,最高达到99%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 核壳结构复合纳米颗粒制备技术
• 1.2.1.1 离子注入法
• 1.2.1.2 化学反应法
• 1.2.1.3 机械混合法
• 1.2.1.4 沉积和表面反应
• 1.2.1.5 溶胶-凝胶法
• 1.2.1.6 声化学法
• 1.2.2 无机-无机核壳结构粒子
• 1.2.2.1 贵金属为核的核壳纳米微粒
• 1.3 银/二氧化硅微粒
• 1.3.1 纳米银纳米颗粒的制备
• 1.3.2 银的杀菌性能
• 1.3.3 二氧化硅外壳的缓释及涂料应用
• 1.4 海洋防腐材料研究的意义
• 1.4.1 海洋腐蚀的机理
• 1.4.2 防腐技术的发展历史和现状
• 1.4.3 防腐涂料的进展
• 1.5 本研究选题的目的与意义
• 第二章 以水合联氨为还原剂制备银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒及其表征研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验原理
• 2.2.1 银晶体成核
• 2.2.2 二氧化硅球合成机理
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 实验试剂及设备
• 2.3.2 实验过程
• 2.4 测试分析
• 2.4.1 透射电子显微镜（TEM）
• 2.4.2 X射线衍射（XRD）
• 2.4.3 紫外可见吸收谱（UV-vis absorption spectroscopy）
• 2.4.4 比表面积测试（BET）
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 反应时间对银/二氧化硅纳米颗粒的影响
• 2.5.2 氨水用量对银/二氧化硅纳米颗粒的影响
• 2.5.3 二氧化硅浓度对银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒的影响
• 2.5.4 乙醇用量对银/二氧化硅纳米颗粒的影响
• 2.5.5 表面活性剂浓度对银/二氧化硅纳米颗粒的影响
• 2.5.6 最佳反应条件的总结
• 2.6 本章小结
• 第三章 以抗坏血酸为还原剂制备高浓度单分散抗菌银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验机理
• 3.2.1 纳米银纳米颗粒的形成机理
• 3.2.2 表面二氧化硅的包覆机理
• 3.3 实验过程
• 3.3.1 实验试剂及设备
• 3.3.2 实验过程
• 3.3.3 表征方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 透射电镜及激光粒度分析
• 3.4.2 紫外吸收光谱分析
• 3.4.3 XRD晶型分析及比表面积
• 3.4.4 抗菌实验结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒的海洋防腐性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂及设备
• 4.2.2 银/二氧化硅核壳结构纳米颗粒的制备
• 4.2.3 纳米添加涂料的制备
• 4.2.4 钢板样的涂刷
• 4.2.5 实验用溶液介质的准备
• 4.3 防腐蚀实验过程及结果分析
• 4.3.1 抗无机盐腐蚀性能的提高
• 4.3.2 抗微生物腐蚀性能的提高
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士学位期间发表的学术论文目录
• 作者和导师简介
• 附件