以水溶性聚酰胺酸盐为载体制备形状和尺寸可控的CuO纳米粒子

论文摘要

纳米粒子和纳米结构的材料受到了广泛的关注,由于CuO纳米粒子独特的优异性能更是引人注目。比如良好的热性能、电化学性能、光学性能、磁性能、气敏以及催化性能。这使得CuO纳米粒子可以应用于催化、气敏器件、化学电池、热敏器件、光敏器件、磁存储器以及热电材料等领域。Cu（Ⅱ）离子可以在不同的环境中表现出磁性。一些CuO基的陶瓷材料也表现出相对较高的超导温度。纳米粒子的性质与其形状、尺寸、组成和结晶结构有很大关系。科学家们在制备金属纳米粒子方面做了很多研究工作,目前可以成功的制备出具有特定形状和可控尺寸的粒子。常见的CuO纳米粒子的制备方法有很多种,比如说电化学沉积法、热溶剂法、热分解法、固相反应法、微波辐射法、溶胶凝胶法以及微乳液法。其中,在金属纳米粒子制备的过程中加入有机表面活性剂或聚合物来控制颗粒形貌和实现其单分散是目前广为采用的方法。可以在很大的尺寸和形状范围内制备出具有理想形状和尺寸的金属纳米颗粒。但是,在大多数情况下,所开发出的方法往往仅对特定的一种或少数几种金属有效,而且往往仅能用于某种特定形状的金属纳米颗粒的制备。操作不当还有可能导致纳米粒子的聚集,失去其良好的性能。还有些方法对环境敏感,在实验过程中必须精确的控制粒子的成核和生长,这是因为原始晶核的形状决定了粒子最终的形状。在实验时,即使在室温下环境中非常小的扰动都会造成最终纳米粒子结构、形貌和尺寸很大的变化。而且这种影响随着晶体尺寸的减小表现得更加突出。所以实验过程中对环境的敏感性使得结果的重复性很差,成为了一个很大的问题。根据以上分析我们开发出了一种新的方法来制备CuO纳米粒子。由于聚酰胺酸特定的分子结构使得聚酰胺酸在聚酰亚胺金属纳米杂化材料制备方面发挥了巨大的作用。聚酰胺酸是分子结构中同时含有酰胺键和羧基的一类高分子化合物,其分子结构中大量具有反应活性的羧酸官能团的存在使其具有很强的阳离子络合能力,可以和各种金属离子反应形成聚酰胺酸和金属离子的大分子络合物。在实验中,水溶性的聚酰胺酸作为中间媒介,在液相中与Cu2+络合,然后络合物被制备成超薄薄膜,最后络合物在固相环境中进行热固化,聚集生长形成纳米粒子。利用这种方法,我们制备出了单分散的CuO纳米粒子。CuO纳米粒子在各向异性的环境中受限生长,有利于制备出不同形状和尺寸的纳米粒子。在固相环境中,实验条件可以得到有效的控制,降低了实验的敏感性。另外,此实验方法中不需要再加入其它的表面活性剂和稳定剂。实验结果说明,此方法可以制备出分散良好的立方形纳米粒子,’粒子的尺寸都在1OOnm左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 CuO纳米粒子的制备方法
• 1.2.1 热分解法
• 1.2.2 热溶剂法
• 1.2.3 液氨法
• 1.2.4 胶体法
• 1.2.5 反胶束法
• 1.2.6 溶胶-凝胶法
• 1.2.7 表面活性剂法
• 1.2.8 声化学法
• 1.2.9 电化学法
• 1.2.10 固相反应法
• 1.2.11 低温一步固相反应离子溶液法
• 1.2.12 模板法
• 1.2.13 沉积法
• 1.2.14 快速沉降法
• 1.2.15 双喷沉淀法
• 1.2.16 冷凝回流法
• 1.2.17 微波照射法
• 1.2.18 电弧放电法
• 1.2.19 绿色环保法
• 1.3 CuO纳米粒子的性质
• 1.3.1 热性能
• 1.3.2 电化学性能
• 1.3.3 光学性能
• 1.3.4 磁性能
• 1.3.5 催化性能
• 1.3.6 气敏
• 1.3.7 吸附性能
• 1.4 本实验的特色与创新之处
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验原理
• 2.4 制备CuO纳米粒子
• 2.4.1 实验过程
• 2.5 制备CoO纳米粒子
• 2.5.1 实验过程
• 2.6 表征方法
• 2.6.1 SEM
• 2.6.2 TEM
• 2.6.3 XRD、EDX、XPS
• 2.6.4 AFM
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 CuO纳米粒子
• 3.1.1 热固化法
• 3.1.2 紫外固化法
• 3.2 CoO纳米粒子的制备初探
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师和作者简介
• 附录