稀土氧化物纳米粉体的形貌控制与表面聚合物修饰

论文摘要

稀土氧化物材料由于具有特殊的电、磁、热以及催化性能等而备受关注,其中稀土氧化物纳米材料,包括纳米粉体与纳米结构等结合了纳米效应,更是使得这些性能得以充分发挥,故而,近年来,国内外在合成稀土氧化物纳米材料,构筑纳米结构等方面掀起了热潮。本文围绕着稀土氧化物纳米粉体的合成和形貌控制为中心,设计了醇-水混合溶剂热的反应路线,制备不同稀士氧化物的纳米粉体；着重探讨了制备工艺条件包括表面活性剂含量,反应温度,醇-水比例等对所得氧化铈纳米粉体尺寸及尺寸分布的影响；采用水热结合光辐照法实现快速晶化,制备出分散性好的氧化钇、氧化铕纳米管；进而采用钇、钐对纳米氧化铈纳米颗粒进行了掺杂,研究了掺杂元素种类与含量对所得到的纳米颗粒结构的影响,在此基础上,成功合成了钇掺杂纳米氧化铈/聚合物复合微球。以硝酸铈为原料,聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂,采用醇-水混合溶剂热反应合成出单分散纳米氧化铈,XRD、TEM和DLS测试表明：所得产物为萤石结构,相纯度较高,粒径分布较窄,粒径约为60nm；通过调节醇-水比,不仅可以控制反应温度、反应时间,而且可以控制产物的粒径大小与微观形貌；反应初始阶段体系是均一的液相,可以加入其它稀土硝酸盐对氧化铈进行掺杂,成功地制备了,粒径约为80nm、单分散的萤石结构的钇、钐掺杂氧化铈纳米颗粒。采用稀土硝酸盐作为原料,以聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂,设计了醇-水混合溶剂热法制备了球状前驱物,前驱物经过高温热处理之后,可以得到球状的纳米氧化铕、氧化钇以及带有中空结构的氧化镧,这种合成路线也适用于其它稀土氧化物纳米材料的制备。采用水热法制备了氢氧化钇纳米管、氢氧化铕纳米管,通过光辐照法对氢氧化钇纳米管、氢氧化铕纳米管进行快速晶化,XRD、TEM测试表明：在光照5min时,氢氧化钇与氢氧化铕即可转化为具有一定晶型结构的氧化钇、氧化铕纳米管,而且具有良好的分散性。利用所合成的钇掺杂氧化铈纳米颗粒表面正电荷与无皂乳液所合成的聚（苯乙烯-丙烯酸）微球表面的负电荷之间静电相互作用,通过凝聚法实现两种颗粒复合。所得复合微球表面存在一定量的羧基,可以与氨基硅油进行接枝反应,能够应用于抗沉降稳定性好的电流变液材料；选用两性表面活性3-磺丙基十四烷基二甲基铵对钇掺杂氧化铈纳米颗粒表面修饰,采用溶液聚合法成功制备出具有明显核／壳结构的钇掺杂氧化铈／聚甲基丙烯酸甲酯复合纳米粒子,聚甲基丙烯酸甲酯壳层厚度约为10nm。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 稀土元素及其在新材料中的应用
• 1.2 纳米材料概述
• 1.3 稀土氧化物纳米材料的形貌控制研究现状
• 1.3.1 模板法
• 1.3.2 微乳液法
• 1.3.3 水热（溶剂热）合成法
• 1.3.4 其他合成方法
• 1.4 无机纳米颗粒表而修饰
• 1.4.1 表面活性剂修饰法
• 1.4.2 硅烷偶联剂接枝
• 1.4.3 聚合物包覆法
• 1.5 研究背景与选题意义
• 1.6 论文主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 试剂及原料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 氧化铈纳米粉体的醇-水混合溶剂热合成
• 2.2.2 稀土氧化物纳米粉体的醇-水混合溶剂热合成
• 2.2.3 光辐照法制备稀土氧化物纳米管
• 2.2.4 凝聚法制备钇掺杂氧化铈/聚（苯乙烯-丙烯酸）复合微球
• 2.2.5 溶液聚合制备钇掺杂氧化铈/聚甲基丙烯酸甲酯复合微球
• 2.3 仪器与表征方法
• 2.3.1 实验仪器
• 2.3.2 X射线粉末衍射（XRD）
• 2.3.3 场发射扫描电镜（FESEM）
• 2.3.4 透射电镜（TEM）
• 2.3.5 红外光谱（FT-IR）
• 2.3.6 动态光散射（DLS）
• 第三章 单分散的氧化铈纳米粉体的粒径控制与稀土元素掺杂
• 3.1 引言
• 3.2 微米级氧化铈超细粉体的制备
• 3.2.1 反应路线设计
• 3.2.2 实验步骤
• 3.2.3 产物结构与表征
• 3.2.4 产物粒径影响因素
• 3.3 纳米级氧化铈超细粉体的制备
• 3.3.1 合成路线设计
• 3.3.2 实验步骤
• 3.3.3 产物结构与表征
• 3.3.4 无水乙醇-水混合溶剂配比对产物形貌的影响
• 3.3.5 甲醇-水混合溶剂体系下制备纳米氧化铈
• 3.4 稀土元素掺杂氧化铈纳米粉体的制备
• 3.4.1 反应路线设计
• 3.4.2 实验步骤
• 3.4.3 产物结构与表征
• 2纳米粉体的表征'>3.4.3.1 Y掺杂CeO₂纳米粉体的表征
• 2纳米粉体的表征'>3.4.3.2 Sm掺杂CeO₂纳米粉体的表征
• 2晶胞参数的影响'>3.4.4 掺杂元素Y与Sm对CeO₂晶胞参数的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 稀土氧化物纳米粉体的液相合成与形貌控制
• 4.1 引言
• 4.2 球状稀土氧化物纳米粉体的合成
• 4.2.1 合成路线设计
• 4.2.2 操作步骤
• 4.2.3 产物的结构与表征
• 4.3 光辐照法制备稀土氧化物纳米管
• 4.3.1 合成路线设计
• 4.3.2 实验操作步骤
• 4.3.2.1 氧化钇纳米管的制备
• 4.3.2.2 氧化铕纳米管的制备
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.3.3.1 氧化钇纳米管的表征与测试
• 4.3.3.2 氧化铕纳米管的表征与测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 钇掺杂氧化铈纳米粉体的聚合物表面修饰
• 5.1 引言
• 2:Y³⁺/P（St/AA）复合微球的制备'>5.2 CeO₂:Y³⁺/P（St/AA）复合微球的制备
• 5.2.1 路线设计
• 5.2.2 实验步骤
• 2:Y³⁺纳米颗粒的制备'>5.2.2.1 CeO₂:Y³⁺纳米颗粒的制备
• 5.2.2.2 P（St/AA）微球的制备
• 2:Y³⁺/P（St/AA）复合微球'>5.2.2.3 CeO₂:Y³⁺/P（St/AA）复合微球
• 5.2.3 结果讨论
• 2:Y³⁺纳米颗粒的表征'>5.2.3.1 CeO₂:Y³⁺纳米颗粒的表征
• 5.2.3.2 P（St/AA）微球的表征
• 2:Y³⁺/P（St/AA）复合微球的表征'>5.2.3.3 CeO₂:Y³⁺/P（St/AA）复合微球的表征
• 2/P（St/AA）复合微球的形成的影响因素'>5.2.4 CeO₂/P（St/AA）复合微球的形成的影响因素
• 2:Y³⁺/PMMA纳米复合微球的制备'>5.3 CeO₂:Y³⁺/PMMA纳米复合微球的制备
• 5.3.1 路线设计
• 5.3.2 实验操作
• 5.3.3 结果讨论
• 5.3.3.1 复合纳米微球的形貌分析
• 5.3.3.2 复合纳米微球的红外分析
• 5.3.3.3 复合纳米微球的XRD分析
• 5.3.3.4 表面修饰剂对形成纳米复合微球的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文目录及参加会议
• 致谢