论文题目功能氧化物纳米材料的液相合成与性质研究[5篇范文]

第一篇：论文题目功能氧化物纳米材料的液相合成与性质研究

论文题目：功能氧化物纳米材料的液相合成与性质研究

作者简介：刘军枫，女，1979年10月出生，2002年9月师从于清华大学李亚栋教授，于2007年7月获博士学位。

中

文

摘要

金属氧化物纳米材料在催化、光电、气敏、磁性以及锂电池等领域有着广泛的应用前景。发展新的合成方法，探索其生长机制，从而获得具有特定尺寸、形貌、维度、单分散性等的纳米材料，对于深入系统地研究纳米材料与性能的关系，并进一步实现纳米材料的组装，构建功能纳米结构体系，最终使纳米材料进入应用领域具有重要意义。

本论文工作以金属氧化物及其复合氧化物功能纳米材料为研究主体，以液相合成为主要方法，致力于寻求适合纳米晶的调控合成方法，通过对反应过程、环境的控制实现具有不同尺寸、形貌，尤其是具有特定晶面、特定取向的含氧化合物纳米晶控制合成，探索纳米晶成核、生长与晶体结构间的规律性。并在此基础上，研究纳米晶形貌、表面结构与性质之间关系，寻找规律性，用于指导其他功能纳米材料的设计合成，为其将来的应用打下良好的基础。

发展了水热合成钒氧化物单晶纳米带的新方法，在对不同价态钒氧化物晶体结构差异进行了系统分析后，通过设计合理的化学反应，实现了对五氧化二钒、二氧化钒单晶纳米带的控制合成，验证了层状结构与纳米带形成的相关性。以偏钒酸铵为原料，通过水热反应的条件控制，制备了水合五氧化二钒V2O5单晶纳米带，方法简单，产率较高。基于水合五氧化二钒晶体本身的层状结构特点和纳米带的特殊性，设计制备了对乙醇气体有较高的选择性和稳定性的五氧化二钒纳米带气敏传感器，环境湿度和其他测试气体的存在对其干扰较小。制备了半导体氧化物（Fe2O3、TiO2和SnO2）纳米颗粒包覆的五氧化二钒纳米带。研究了纳米带的表面包覆对其气敏性质的改进，结果表明包覆后的纳米带比包覆前具有更高的灵敏度和稳定性，为新型传感器材料的设计制备提供了一种可行的思路。

将五氧化二钒一维纳米材料的水热合成方法扩展到合成低价钒氧化物体系中，通过在水热反应体系中加入一种温和的还原性酸，即采用水热还原的方法成功地制备了亚稳态单斜相的二氧化钒VO2(B)单晶纳米带。探讨了反应参数对产物晶相、形貌的影响及纳米带的生长机理。对二氧化钒VO2(B)单晶纳米带的电学疏运性质、磁学性质及锂电性质进行了研究。电学疏运性质测量显示VO2(B)单晶纳米带具有半金属特性，对于红外辐照可以产生电流响应信号，从而为其在纳米器件（如光开关等方面）上的潜在应用提供了实验依据。磁测量表明它是一种顺磁性材料。采用VO2(B)纳米带做电极制备的锂离子模型电池充放电电压稳定，循环性能很好。

在钒氧化物纳米材料的研究基础上将体系扩展到其复合氧化物的合成及性质研究。有机相中可分散的荧光纳米晶由于可以通过旋涂挥发有机溶剂的技术制备均匀的荧光薄膜，一直以来都受到人们的广泛关注。我们通过在水热反应体系中引入油酸分子，设计了水－油界面溶剂热反应体系，成功合成了稀土离子掺杂的荧光LaVO4单分散胶体纳米晶。所得的LaVO4纳米晶尺寸均匀，表面包覆一层键合油酸分子，可稳定分散于有机溶剂中，并在合适条件下自组装成有序结构。讨论了纳米晶的生长与自组装机理，以及油酸分子在反应体系中的多重作用，包括限制晶体生长、保持晶体稳定存在以及控制反应pH值等作用。Eu3+、Dy3+、Sm3+离子掺杂的LaVO4纳米晶在紫外光激发下可以发出红色、黄绿色荧光，因此使得这些纳米晶可以通过简单的旋涂等方式制备透明的荧光薄膜，甚至可以通过纳米晶的单层膜自组装进一步制备只有十几个纳米厚的薄膜，这对于制备微型柔性器件和防伪技术的应用具有重要意义。

在LaVO4胶体纳米晶的合成基础上进一步将此水－油界面溶剂热法发展为稀土正钒酸盐胶体纳米晶的通用合成方法，成功制备了包括LnVO4（Ln=Y、Lanthanide）等纳米晶的胶体溶液。探讨了稀土钒酸盐晶体结构对产物形貌的影响，以及胶体纳米晶的光学性质。

基于分散在有机溶剂中的纳米晶良好的成膜性以及稀土离子掺杂的LaVO4纳米晶的下转换荧光性质，将单分散LaVO4胶体纳米晶通过简单的涂敷技术制备成透明的荧光薄膜，应用于染料敏化太阳能电池中，明显的提高了电池的性能。掺杂Dy3+离子的LaVO4荧光薄膜可以替代紫外滤膜吸收对电池不利的紫外光，提高电池寿命，同时又可将紫外光下转换为能够被染料吸收的可见光，从而减少因紫外光损失而引起的效率降低。与未加紫外滤膜的电池相比，在电池背面添加一层LaVO4:Dy荧光滤膜显著地提高了电池的寿命和稳定性。而其下转换荧光可以被染料分子吸收，用于产生光电流，补偿了由于滤去紫外光产生的能量损失，与添加无荧光紫外滤膜的电池相比总效率提高了23.3%。

发展了一种基于非极性溶剂的新型的溶胶-沉淀的方法，以具有特定形貌和确定晶面的LaVO4和CeVO4纳米晶为载体，单分散Au溶胶为活性Au，设计制备了Au/LnVO4（Ln=La，Ce）催化剂，研究了其催化氧化CO反应的活性。金粒子的尺寸大小是影响催化剂活性的重要因素。通过油酸或油胺辅助的液相反应，成功合成了一系列尺寸确定的Au溶胶（2nm、5nm、7nm、11nm、13nm、16nm），负载之后Au粒子与载体LaVO4的形貌和尺寸可以得到保持。所制备的催化剂在室温下对CO具有很好的催化活性。由于Au粒子的尺寸大小可以在负载前完全确定，因此可以很容易的研究Au/LaVO4在催化反应中的Au粒子的尺寸效应，结果表明5nm-Au/LaVO4具有最高的催化活性。这种方法可进一步扩展到其他高活性的金催化剂及复合纳米材料的制备上。

建立了表面活性剂辅助的水热及溶剂热合成方法制备了一系列不同形貌的钒酸铋纳米结构。通过选用合适的表面活性剂及控制单体浓度，调控不同晶面的生长速度，获得了包括微米管、四方片、梳状分形等一系列不同形貌的BiVO4微米晶，并进一步研究了晶体生长与晶体本身对称性的关系，发现具有四方对称性的单斜相纳米晶正是从四方相晶体相变转化而来，证实了晶体结构与生长行为的对应关系。发展了油酸辅助的溶剂热法合成BiVO4纳米晶的新方法。通过对水油界面反应的设计，获得了高温稳定相白钨矿型的四方相结构BiVO4（s-t），并实现了BiVO4纳米棒及梭形纳米结构的合成。通过对水热体系pH值的控制成功制备了具有特殊形貌、取向的铌基钙钛矿结构纳米材料K4Nb6O17、KNb3O8、KNbO3，发展了醇/水混合溶剂制备KNbO3的溶剂热法，发现通过控制反应溶剂醇/水比例可以控制合成不同晶型的KNbO3，而所得到晶体的形貌又是与其本身的晶体结构密切相关的。

将研究体系扩展到其他金属氧化物纳米材料上，以两种非常重要的氧化物材料－氧化铁和氧化钛为例，尝试合成具有不同形貌的纳米材料，通过对材料性能的表征，研究材料形貌与性能之间的相关性。采用简单的水热反应制备了多种形貌确定的Fe2O3纳米晶，对比研究了其催化氧化CO的反应活性。结果显示催化剂的活性不仅与Fe2O3催化剂的尺寸大小、比表面积有关，而且与Fe2O3纳米粒子的暴露晶面有密切关系。具有更多活性面的催化剂整体的催化反应活性更高。此工作对设计合成实用催化剂具有一定意义。采用溶剂热法和水油界面法分别合成了单分散的过渡金属及稀土离子掺杂的TiO2纳米棒和纳米颗粒，并进一步采用一种基于微乳体系的方法将具有疏水表面的TiO2纳米晶组装成具有亲水表面的胶体球。由于纳米晶间长链有机分子的存在，此胶体球经高温退火可形成具有高比表面积的介孔材料，对于胶体球的催化性能和太阳能电池性能初步的研究结果显示了这种介孔材料的优异性能。这种方法为单分散纳米晶的形貌与性能研究以及进一步的应用打下了良好的基础。

关键词：

液相合成；功能氧化物；纳米结构 Functional Metal Oxide Nanomaterials: Solution-Based Synthesis and Property Investigation

Liu Junfeng

ABSTRACT

Metal oxide nanomaterials have exhibited promising applications in catalysis, sensing, optics, magnetism and batteries.Preparation of nanomaterials with well-defined size, morphology, dimensionality and diversity through novel synthesis approaches and investigations of their formation mechanism should be a key precondition to reveal the relations between the structures and properties, assemble the nanocrystals into superstructures and pave the way to the real applications.In this dissertation, valuable explorations have been carried out on new solution-based manipulated synthetic strategies for functional metal oxide nanostructures along with their formation mechanisms and novel properties, emphasizing on the relationship between crystal symmetry and morphology manipulation as well as the connection between properties and size/morphology of nanomaterials.A rational low-temperature hydrothermal synthetic way has been developed to selectively prepare vanadium oxide nanobelts with different valent status.The formation mechanism is investigated in details and believed to be closely related to their layered structure.A highly selective and stable ethanol sensor was designed based on the intrinsic layered structure of vanadium pentoxides and the advantages of nanobelts.Fe2O3、TiO2 and SnO2 nanoparticles coated vanadium pentoxide nanobelts were synthesized through a simple solution method.The gas sensor property of metal oxides nanoparticles coated vanadium pentoxide nanobelts was investigated and the result shows that coated ones are more sensitive and stable than uncoated ones.This approach opens up a new route in the research work for novel gas sensor.Metastable monoclinic vanadium dioxide single-crystal nanobelts were successfully synthesized by a direct hydrothermal reduction method.The morphology of the samples can be adjusted by varying the parameters of the solution.The investigation on the electrical transport and magnetic properties of vanadium dioxide nanobelts shows their potential applications in nanodevices.The electrical transport through single nanobelts showed that VO2(B)has a semimetal property and optoelectronic response in infrared radiation.It was also proved by the magnetic measurement that VO2(B)is a paramagnetic material.The lithium ion cell model fabricated by VO2(B)nanobelt showed stable voltage and excellent circulation performance.This hydrothermal method should be applicable for large-scale production of low-dimensional nanostructured vanadium dioxides.The systematic approach was extended to synthesis and property studies of metal composite oxides.A synthesis and self-assembly approach assisted with oleic acid molecules is developed to fabricate luminescent Ln3+ doped LaVO4 nanocrystals(NCs)and rare earth vanadates.As synthesized LaVO4 nanocrystals could be well dispersed in non polar solvent and self-assemble into ordered patterns due to long chain oleic acid molecule attached on the surface of the NCs.The growth and self-assembly mechanism as well as the multiple functions of oleic acid were investigated.There will be red or greenish yellow fluorescence emitted from Eu3+, Dy3+, Sm3+ doped LaVO4 nanocystal under UV excitation, which makes it possible that transparent fluorescent films can be made by simple spin coating method.Such a finding is significantly meaningful for the application of these nanocrystals on flexible devices and anticounterfeit technologies.A transparent luminescent film of uniform nanocrystals, which could absorb UV light and down-convert it to visible light, prepared by coating approach could greatly improve the cell performance when applied in dye-sensitized solar cells.Dy3+ doped fluorescent film can absorb UV light, which is unfavorable to solar cells, thus to improve the life of cells.At the same time, the UV light absorbed could be down-converted to visible light, which can be absorbed by dye molecules to generate photo electricity.By this means, the energy loss due to the absorbed UV light is compensated and the overall conversion efficiency was even improved by 23.3% vs.that of the solar cells without fluorescent film.Catalytically active gold catalysts have been designed via monodispersed gold colloids on LaVO4 nanocrystals with controlled size as more well-defined nanocatalysts.The size of the gold particles is a very important parameter to get active catalysts.A novel colloidal deposition method to prepare Au/LaVO4 nanocomposite catalyst with monodispersed Au colloids and uniform LaVO4 nanoplates in nonpolar solvent.Monodispersed Au colloids with tunable size(such as 2, 5,7, 11, 13, and 16 nm)and LaVO4 nanocrystals with well-defined shapes were pre-synthesized assisted with oleic acid/amine.During the following immobilization process, the particle size and shape of Au and LaVO4 were nearly preserved.As-prepared Au/LaVO4 nanocomposite showed high catalytic activity for CO oxidation at room temperature.Since sizes of gold particles were well-defined before the immobilization process, size effect of gold particles was easy to be investigated and the results show that 5nm-Au/LaVO4 nanocomposite has the highest activity for CO oxidation.This synthetic method can be extended further for the preparation of other composite nanomaterials.Bismuth vanadate micro/nanocrystals with different morphologies were synthesized by surfactant assisted hydrothermal/solvothermal methods.The studies on the crystal growth reveal the relationship between the crystal structures and the morphology.Low dimensional potassium niobate nanostructures with different compositions were achieved by simply controlling pH value of the hydrothermal system.It was found that the solvent plays an important role in the phase control of the KNbO3 nanocrystals.Study on the catalysis properties of iron oxide nanocrystals with different size and morphology showed that the catalytical activities were influenced not only by the size and BET of the materials, but also by the crystal planes due to the facts that t different active sites on certain reactions, varies with crystal planes.Redispersible TiO2 nanocrystals with hydrophobic surface were prepared by controlled solvothermal

reactions，followed

by

a

newly

developed microemulsion-based method to assemble the nanocrystals to colloidal spheres with hydrophilic surface.Mesoporous spheres, which are expected to show excellent properties in applications such as catalysis, could then be achieved by annealing of colloidal spheres.Key words:

Hydrothermal/solvothermal synthesis;Functional metal oxides;Nanostructures

第二篇：纳米材料论文：亚磷酸氢镍、钒酸铜三维有序微-纳米材料的液相合成及性质研究

纳米材料论文：亚磷酸氢镍、钒酸铜三维有序微/纳米材料的液

相合成及性质研究

【中文摘要】三维(3D)有序微/纳米材料与体相材料相比有更优异的物理、化学性质,已被广泛应用于磁学、电化学、催化和光学领域。迄今为止,各种各样的合成方法已应用于三维有序微/纳米材料的制备。特别是液相法,因操作简单,产量高,耗能低而备受科学家及研究人员的关注。本论文以液相法为基础设计合成了亚磷酸氢镍、钒酸铜三维有序微/纳米材料。对所合成材料的组成、形貌及结构进行了详细的探究并对其磁性、电化学性质进行了初步的探究。主要研究内容为:(1)以乙二醇和水做溶剂,六偏磷酸钠做磷源,在没有任何表面活性剂条件下,以溶剂热法合成了具有三维花状的亚磷酸氢镍。性质测试结果表明该三维微/纳米材料表现出优异的磁学性质。研究发现反应时间和磷源对产物最终形貌有重要的影响。(2)运用表面活性剂(CTAB)辅助的水热方法,以偏钒酸氨,碱式碳酸铜为原料合成了三维花状结构的钒酸铜微/纳米材料并对其生长机理以及电学性质进行了研究。研究发现表面活性剂和反应时间对产物的最终形貌的形成起了很重要的作用。其电化学性质表明该形貌的钒酸铜具有较大的放电容量,可以作为可植入式心脏复律除颤器(ICD)一次电池的阳极材料。(3)以五氧化二钒为钒源,碱式碳酸铜为铜源,在没有任何表面活性剂条件下,以水为溶剂合成了以纳米棒为结构单元自组装形成的三维球状钒酸铜微球纳米材料。据我们所知,这是首次有报道的钒酸铜三维结

构微纳米材料。

【英文摘要】Three-dimensional organized nanomaterials have exhibited speical optical, electric, magnetic and catalytic properties and potential applications in various research and industrial fields, which are different from those of bulk phase.So far, various methods have been applied to fabricate 3D ordered nanostructures.Because of the virtues of simple conducting, high yields and low wasting, liquid methods have been welcomed by scientists.Therefore, our study were focused on NiHPO3·H2O, Cu3V2O7（OH）2·2H2O 3D ordered nanostructures based on liquid methods.We also studied the the composition, morphology and structures of the ordered structures.Magnetic and electrochemical properties also have been studied.（1）Self-assembled three-dimensional（3D）flowerlike NiHPO3·H2O micro/nanocomposite structure has been successfully synthesized for the first time by a simple solvothermal method, employing EG/ H2O as the solvent, Na6P6O18 as phosphor source without the assistance of any template or surfactant.Our study delivered that the magnetic property of the obtained NiHPO3·H2O have also been discussed.Some factors influencing the morphology of the NiHPO3·H2O flowerlike micro/nanocomposite structures were systematically

investigated.（2）Cu3V2O7（OH）2·2H2O microflowers were fabricated via a simple hydrothermal process in the presence of cetyltrimethylammonium bromide（CTAB）.Some factors influencing the morphology of the Cu3V2O7（OH）2·2H2O flower-like micro/nanocomposite structures were systematically investigated.The electrochemical measurements revealed that the Cu3V2O7（OH）2·2H2O microflowers displayed a high discharge capacity, which indicate that the 3D Cu3V2O7（OH）2·2H2O microstructures are promising cathode candidates for primary lithium batteries used in long term implantable cardioverter defibrillators（ICD）.（3）Uniform Cu3V2O7（OH）2·2H2O microspheres assembled by nanorods have been fabricated through simple hydrothermal method for the first time without the assistance of any template or surfactant.The Electrochemical measurements revealed that the Cu3V2O7（OH）2·2H2O microspheres displayed a high discharge capacity.【关键词】纳米材料 自组装 溶剂热法 磁学性质 电化学性质 【英文关键词】Nano Materials Self-Assembled Solvothermal Method Magnetic Properties Electrochemical Properties

【目录】亚磷酸氢镍、钒酸铜三维有序微/纳米材料的液相合成及性质研究8-168-10摘要4-51.1 引言

Abstract5

第一章 绪论

1.2 纳米材料的定义与特性

1.4 过渡金属磷酸盐1.3 纳米材料的结构10-11

11-12纳米材料研究现状现状12-15

1.5 过渡金属钒酸盐纳米材料研究

1.6 本课题的立题意义和主要内容15-16第二章 三维(3D)花状亚磷酸氢镍微/纳米结构的液相制备及其磁学性质研究16-2416-17

2.1 引言16

2.2 实验部分

2.4 三维亚磷酸氢镍花2.3 结果与讨论17-21

21-22状结构的热重分析学性质分析22-23

2.5 三维亚磷酸氢镍花状结构的磁

第三章 CTAB

3.2

2.6 本章小结23-24辅助的三维(3D)花状钒酸铜微24-32实验部分24-25质30-31

3.1 引言24

3.3 结果与讨论25-303.4 电化学性3.5 本章小结31-32第四章 水热法合成钒酸32-37

4.1 引言铜分等级的微米球及其电化学性质研究3233-36献38-43况44 4.2 实验部分32-334.4 本章小结36-37致谢

43-44

4.3 结果与讨论结论37-38

参考文

在学期间公开发表论文及著作情

第三篇：材料合成与制备论文(纳米材料)

硕研10级20班

材料工程

2010012014

夏春亮

纳米材料的制备方法

纳米制备技术是80年代末刚刚诞生并正在崛起的新技术，其基本涵义是：纳米尺寸范围(10-9～10-7m)内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质。由于纳米材料具有奇特的力学、电学、磁学、热学、化学性能等，目前正受到世界各国科学家的高度重视。

一、气相法制备纳米微粒

1.溅射法

此方法的原理为：用两块金属板分别作为阴极和阳极，阴极为蒸发用材料，在两电极间充入Ar(40～250Pa)，两极间施加的电压范围为0.3～1.5kV。由于两极间的辉光放电使Ar粒子形成，在电场作用下Ar离子冲击阳极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在附着面上沉积下来。离子的大小及尺寸分布主要取决于两极间的电压、电流、气体压力。靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高，超微粒的获得量愈大。

溅射法制备纳米微粒材料的优点是：1)可以制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属。常规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；2)能制备出多组元的化合物纳米微粒，如A lS2，Tl48，Cu91，Mn9，ZrO2等；通过加大被溅射阴极表面可加大纳米微粒的获得量。采用磁控溅射与液氮冷凝方法可在表面沉积有方案膜的电镜载网上支撑制备纳米铜颗粒。

2.混合等离子法 硕研10级20班

材料工程

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夏春亮

此方法是采用RF(射频)等离子与DC直流等离子组合的混合方式来获得超微粒子。该制备方法有以下几个特点：

1)产生RF等离子时没有采用电极，不会有电极物质(熔化或蒸发)混入等离子体而导致等离子体中含有杂质，故超微粒的纯度较高；

2)等离子体所处的空间大，气体流速比DC直流等离子体慢，致使反应物质在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热和反应；

3)可使用非惰性气体制备化合物超微粒子，使产品多样化。混合等离子蒸发法制取超微粒子有3种方法： 1)等离子蒸发法

使大颗粒金属和气体流入等离子室，生成超微粒子； 2)反应性等离子气体蒸发法

使大颗粒金属和气体流入等离子室，同时通入反应气体，生成化合物超微粒子；

3)等离子VCD法

使化合物随载气流入等离子室，同时通入反应气体，生成化合物超微粒子。

例如，将原料Si3N4以4g/min的速度流入等离子室，通入H2进行热分解，再通入反应性气体NH3，经反应生成Si 3N4超微粒子。

3.激光诱导化学气相沉积法(LVCD)LVCD法具有清洁表面，离子大小可精确控制、无粘结、粒度分布均匀等优点，并容易制备出几纳米至几十纳米的非晶及晶态纳米微粒。硕研10级20班

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夏春亮

目前LVCD法已制备出多种单质、化合物和复合材料超细粉末，并且已进入规模生产阶段，美国的MIT于1986年已建成年产几十吨的装置。激光制备超细微粒的工作原理是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子激光光解、激光热解、激光光敏化和激光诱导化学合成反应，在一定工艺条件下，获得超细粒子空间成核和长大。例如，用连续输出CO2激光(10.6um)辐照硅烷气体分子(SiH4)时，硅烷分子很容易发生热解反应：SiH4→Si(g)+ 2H2↑，热解生成的气相Si(g)在一定工艺条件下开始成核长大，形成纳米微粒。

激光制备纳米粒子的装置一般有2种类型：正交装置和平行装置。其中正交装置使用方便，易于控制，工程实用价值大，激光束与反应气体流向正交。激光束照在反应气体上形成反应焰，经反应在火焰中形成微粒，由氩气携带进入上方微粒捕捉装置。

4.化学蒸发凝聚法(CVC)这种方法主要是利用高纯惰性气体作为载气，携带有机高分子原料，通过有机高分子热解获得纳米陶瓷粉体。例如，六甲基二硅烷进入钼丝炉(温度为1100～1400℃，压力为100～ 1000Pa)热解形成团簇，并进一步凝聚成纳米级微粒，最后附着在充满液氮的转动的衬底上，经刮刀下进行纳米粉收集。此法具有产量大、颗粒尺寸细小、分布窄等优点。

5.爆炸丝法

基本原理是：先将金属丝固定在一个充满惰性气体(5MPa)的反应室中，丝的两端卡头为2个电极，它们与一个大电容相联结形成回路，硕研10级20班

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夏春亮

加15kV的高压，金属丝在500～800kA下进行加热，熔断后在电流停止的一瞬间，卡头上的高压在熔断处放电，使熔断的金属在放电的过程中进一步加热变成蒸气，在惰性气体碰撞下形成纳米粒子沉降在容器的底部，金属丝可以通过一个供丝系统自动进入两卡头之间，从而使上述过程重复进行。这种方法适用于制备纳米金属和合金粉体。

6.其他方法

近年来，由于纳米材料规模化生产以及防止纳米粉团聚的要求越来越迫切，相继出现了一些新的制备技术。例如，气相燃烧合成技术就是其中的一种，其基本原理是：将金属氯化物(MCl)盐溶液喷入Na蒸气室燃烧，在火焰中生成NaCl包敷的纳米金属微粒，由于NaCl的包敷使得金属纳离子不团聚。另一种技术是超声等离子体沉积法，其基本原理是：将气体反应剂喷入高温等离子体，该等离子体通过喷嘴后膨胀，生成纳米粒子，这种方法适合于大规模连续生产纳米粉。

二、液相法制备纳米微粒

1.沉淀法

包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH-，CrO2-，CO32-等)后，或于一定温度下使溶液发生水解，形成的不溶性氢氧化物和盐类从溶液中析出，将溶液中原有的阴离子洗去，经分解即得所需的氧化物粉料。

2.喷雾法

喷雾法是将溶液通过各种物理手段进行雾化获得超微粒子的化学和物理相结合的一种方法。其基本过程包括溶液的制备、喷雾、干硕研10级20班

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夏春亮

燥、收集和热处理，其特点是颗粒分布比较均匀，但颗粒尺寸为亚微米级到微米级，尺寸范围取决于制备的工艺和喷雾方法。根据雾化和凝聚过程，喷雾法可分为3种：

1)喷雾干燥法 将金属盐溶液或氢氧化物溶胶送入雾化器，由喷嘴高速喷入干燥室获得金属盐或氧化物的微粒，收集，烧成所需成分的超微粒子；

2)雾化水解法 将一种盐的超微粒子，由惰性气体载入含有金属醇盐的蒸气室，金属醇盐的蒸气附着在超微粒的表面，与水蒸气反应分解后形成氢氧化物微粒，经焙烧可获得氧化物超细微粒。这种方法获得的微粒纯度高，分布窄，尺寸可控，具体尺寸大小主要取决于盐的微粒大小；

3)雾化焙烧法 将金属盐溶液由压缩空气经窄小的喷嘴喷出雾化成小液滴，雾化温度较高，使金属盐小液滴热解形成超微粒子。

3.凝胶-溶胶法

此法的基本原理是将金属醇盐或无机盐水解，溶质聚合凝胶后，再将凝胶干燥，煅烧，最后得到无机材料。本法包括以下几个过程：

1)溶胶的制备 有两种制备方法： 一是先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀出来，经凝聚，使原来团聚的沉淀颗粒分散成原始颗粒。这种原始颗粒的大小一般在溶胶体系中胶核的大小范围内，因而可值得溶胶；二是由同样的盐溶液，通过对沉淀过程的仔细控制，使首先形成的颗粒不致团聚为大颗粒沉淀，从而直接得到溶胶。

2)溶胶凝胶转化 溶胶中含有大量的水，凝胶过程中，使体系失硕研10级20班

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夏春亮

去流动性，形成一种开放的骨架结构。实现凝胶作用的途径一是化学法，即通过控制溶胶中的电解质浓度来实现凝胶化；二是物理法，即迫使胶粒间相互靠近，克服斥力，实现凝胶化。

3)凝胶干燥 在一定条件下，使溶剂蒸发，得到粉料，干燥过程中凝胶结构变化很大。该方法化学均匀性好，纯度高，颗粒细，可容纳不溶性组分或不沉淀组分，烘干后容易形成硬团聚现象，在氧化物中多数是桥氧键的形成，球形凝胶颗粒自身的烧结温度低，但凝胶颗粒之间的烧结性差，块状材料烧结性能不好，干燥时收缩大。

4.湿化学法

湿化学法制备纳米粉末是目前公认的具有发展前途的制粉方法，也是实验室常用的手段。湿化学法的实验流程如下：

确定纳米粉材料→制成含该材料粒子的溶液→用该材料的E-pH图确定沉淀的pH范围→将分散剂NH4Cl溶入去离子水中，并用氨水、盐酸调节水溶液至沉淀的pH 值→含该材料离子的水溶液在具有恒定的pH 的沉淀液中雾化→凝胶→水洗，过滤，乙醇脱水→煅烧、研磨→纳米粉。

第四篇：金属纳米颗粒论文：金属纳米颗粒的性质研究及其应用

金属纳米颗粒论文：金属纳米颗粒的性质研究及其应用

【中文摘要】纳米材料的合成和应用证明了其在物理、化学、材料科学等领域的巨大发展潜力,尤其是纳米材料所具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,使其产生了独特的光学、电学、化学性质以及催化性质。金属纳米颗粒的性质在近十几年受到了广泛关注。纳米尺度的金属纳米材料具备许多块体材料没有的优越性质,其中,金属纳米颗粒所具备的独特光学性质——表面等离子体共振性质已经成为研究热点之一。金属纳米颗粒中的表面等离子体共振是描述其导带电子在电磁场作用下集体振荡的一个物理概念,共振性质受尺寸、形状以及周围介质影响非常显著。对纳米颗粒尺寸及其形貌的有效控制一直都是大家关注的。近几年来,随金、银金属纳米颗粒表面增强拉曼散射效应、荧光效应的广泛应用,金属纳米颗粒已经广泛应用于催化、光催化、信息存储、表面增强拉曼、太阳能电池、生物传感器、化学传感器、非线性光学、光电子学等领域。本论文的工作主要致力于金、银纳米颗粒的合成、性质及应用：通过油相中无机金属盐的热分解,合成不同粒径的银纳米颗粒；在水相中利用柠檬酸盐

【英文摘要】The synthesis and applications of metal nanomaterials suggests their great potential foreground in the physical science, chemical science and materials science, especially for unique properties, such as surface effect，volume effect, quantum size effect and macroscopic quantum tunneling effect.These properties render new applications in optics, electrics, chemists and catalyzers.The properties of noble metal nanomaterials attract much attention in recent years.Metal materials in nano-scale have predominant characters which bulk metal lacks of.In particular, metal nanomaterials have excellent optical properties due to the surface plasmon resonance(SPR).SPR is a physical concept of describing the collective oscillations of conduction band electrons in the electromagnetic field, which is influenced significantly by size, shape and surrounding medium.Size and shape of nanoparticles has been the effective control of all concerned.In recent years, with a wide range use of surface-enhanced Raman scattering, fluorescence effect of gold and silver nanoparticles, metal nanoparticles have been widely used in catalysis, photocatalysis, information storage, surface-enhanced Raman, solar cells, bio-sensors, chemical sensors, nonlinear optics, optoelectronics and other fields.This thesis focus emphasis on the synthesis, properties and applications of gold and silver nanoparaticls:the thermal decomposition of inorganic salts in oil phase for synthesis of silver nanoparticles, resulting in different size;using of

citrate reduction of HAuC14 in the aqueous phase for synthesis of gold nanoparticles.With changing different protective agent(oil amine, carboxylic acides of different chain length), the size and solubility of the metal nanoparticles change.Besides, the means of transmission electron microscopy(TEM), high resolution transmission electron microscopy(HR-TEM), scanning electron microscopy(SEM), X-ray powder diffraction(XRD), UV-visible absorption spectroscopy(UV-Vis)were used to characterized the metal nanoparticle’s phase, size, morphology and optical properties;through different sulfhydryl groups replacing the surface protective agent, we studied the size and surface protective agents dependence of SPR effects.Furthermore, we use spin-coating after photolithography electrodes, to study the electronic properties of metal nanoparticles, and to explore the possible applications in semiconductor devices;when the size of metal nanoparticles drastically reduced, its boiling point sharply decline.After the sintering of the nanoparticles, they can be applied as the electrods of organic semiconductor devices.This paper illustrated the use of silver nanoparticles to serve as electrodes, and explored the role of sintering temperature and sintering time.Finally, we studied the interaction between the

absorption spectra of metal nanoparticles, semiconductors and dyes, exploring their prospects for the applications in solar cells.This thesis mainly focused on the use of chemical liquid phase synthesis methods, combining the structure, performance and applications together, expecting offering help in the preparation of fuctional devices and dye-sensitized thin film solar cells.【关键词】金属纳米颗粒 表面等离子体共振吸收 喷墨打印银电极 太阳能电池

【英文关键词】metal nanoparticles surface enhanced plasmon resonance silver inkjet printing electrodes solar cell 【目录】金属纳米颗粒的性质研究及其应用8-10ABSTRACT10-11

摘要

第一章 1.2 金

符号说明12-13引言13-19属纳米颗粒的应用15-1719-46

1.1 课题研究的背景和意义13-1414-15

1.3 本论文工作及内容安排参考文献17-19第二章 金属纳米颗粒研究现状

19-21

2.2 金属纳米2.2.2 光性质参考文献2.1 金属纳米颗粒的制备颗粒的性质21-3733-3739-4646-67

2.2.1 电性质21-33

37-392.3 金属纳米颗粒的表征第三章 金属纳米颗粒的制备及性质研究3.1 引言部分46

3.2 羧酸保护银纳米颗粒合成46-5747-483.2.1 实验部分46-473.2.3 结果与讨论48-57

3.3.1 实验部分

3.2.2 样品表征3.3 油胺保护银纳米57-58

3.3.2 样品颗粒的合成57-61表征58析58-593.3.3 结果与讨论58-613.3.3.1 样品形貌分

3.4 金纳3.4.2 金3.5 总结3.3.3.2 扫描电镜形貌表征59-61

3.4.1 实验部分61-623.4.3 结果与分析62米颗粒的合成61-62纳米颗粒的表征6262-6467-77参考文献64-674.1 引言部分67-68

第四章 金属纳米颗粒的应用

4.2 金属纳米颗粒SPR对

4.2.2 结果与4.3.1 实光阳极的增强68-70讨论68-70验部分7172-7479-80

4.2.1 实验部分68

4.3 喷墨打印银电极研究70-724.3.2 结果与讨论71-72参考文献74-77

4.4 总结

致谢学位论

第五章 结论77-79附录: 攻读硕士期间完成的论文80-90

文评阅及答辩情况表

第五篇：纳微米材料论文：水热合成碱土金属氟化物纳米材料以及掺杂稀土元素近红外性质研究

纳微米材料论文：水热合成碱土金属氟化物纳米材料以及掺杂稀

土元素近红外性质研究

【中文摘要】近年来,纳米材料新颖的结构和奇特的性质引起了广大科研工作者的兴趣。本文利用简单的水热方法,设计不同的反应路线,合成出多种形貌的氟化钡和氟化钙纳米材料。并利用各种表征手段,比如X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨电子显微镜（HRTEM）和PL等手段对样品进行表征,同时对氟化物的生长机制以及掺杂稀土元素的近红外发光性质进行了探讨。1.通过简单的水热方法,空心结构的氟化钡微米材料在两嵌化合物P123的辅助下被成功合成出来。样品通过了X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨电子显微镜（HRTEM）和PL光谱测试。对比实验表明,柠檬酸纳和氟硼酸钠在合成空心结构氟化钡的过程中,起到了很重要的作用,并探讨了合成空心结构的反应机理。2.具有尺寸均一、三维的花状CaF2,通过简单的水热方法,在EDTA-2Na作为配体的作用下被成功合成出来,从扫描电子显微镜照片上可以看出,具有花状结构的氟化钙是由厚度为10nm左右的众多纳米片自组装形成的,花状氟化钙的形成过程在细节中进行了讨论。实验中我们发现反应时间和配合剂对于形成花状结构CaF2起到了重要的作用。同时还研究了掺杂稀土离子的近红外性质,尤其是在1300-1600nm范围中对于光信号和通讯方面将有特殊的应用前景。3.通过简单的水热方法,合成了分散性良好、尺寸均一的桑葚状CaF2纳米材料。采用X射线粉末衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）对产物的结构、形貌、尺寸进行表征。此外,还进一步研究了Yb3+掺杂的CaF2近红外发光性质。

【英文摘要】In recent years, nanomaterials with novel nanostructures and strange characters haveattracted significant attention.Here, we used simple hydrothermal method and designeddifferent solution chemical route, and synthesized BaF2 and CaF2 nanomaterials with differentmorphologies.X-ray diffraction, scanning electron microscopy, electron diffraction,transmission electron microscopy, and photoluminescence spectra were used to characterizethe samples.The formation process of the fluorides nanomaterials has been investigated basedon the experiments in detail.Additionally, the near-infrared luminescence of lanthanide ions（Er, Nd, and Yb）doped fluorides nanomaterials were discussed in detail.1.By a simple hydrothermal approach, hollow BaF2 microspheres have been fabricatedwith the help of the triblock copolymer of EO20PO70EO20（P123）.The samples werecharacterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, electron diffraction,transmission electron microscopy, and photoluminescence spectra field emission scanningelectron

microscopy, energy-dispersive x-ray spectroscopy.Contrast experiments indicatedthat the complexant of citrate played important roles for the formation of hollow BaF2 spheres.Furthermore, the use of NaBF4 is indispensable for obtaining the microstructures.A softtemplating mechanism has been discussed.2.Highly uniform three-dimensional flowerlike CaF2 nanostructures have beensuccessfully prepared by a facile hydrothermal method assisted by a chelating reagent,ethylenediamine tetraacetic acid disodium salt（Na2EDTA）.The nanoflowers are assembledby numerous nanosheets with a thickness of 10 nm.The formation process of the hierarchicalCaF2 nanoflowers has been investigated in detail.It is found that reaction time and chelatingreagent play a key role in forming the hierarchical nanoflowers.Furthermore, thenear-infrared luminescence of lanthanide ions（Er, Nd, and Yb）doped CaF2 nanostructures,especially in the 1300-1600 nm region, was discussed and of particular interest fortelecommunications applications.3.Highly uniform and well-dispersed mulberry-like nanostructural of CaF2 weresynthesized by a hydrothermal method without the assistance of any template or surfactant.X-Ray diffraction, scanning electron microscopy and transmission electron

microscopy wereused to characterize the samples.In addition, the luminescence of Yb3+-doped CaF2nanostructures were discussed and of particular interest for various photonic applications inionic crystals and glasses.【关键词】纳微米材料 水热合成 碱土金属氟化物近红外光学性质

【英文关键词】nano/micromaterials hydrothermal synthesis alkaline fluorides Near-Infrared Luminescent Properties 【目录】水热合成碱土金属氟化物纳米材料以及掺杂稀土元素近红外性质研究8-16摘要

4-58

Abstract

5第一章 绪论

1.2.1 1.1 引言1.2 纳米材料概述8-11纳米材料的概念88-9

1.2.2 纳米材料的微结构及品质评价

1.2.4 纳米1.2.3 纳米材料的四种基本效应9-10材料的研究对象10-11究进展11-1311-1

21.3 碱土金属氟化物的合成方法和研

1.3.1 氟化物纳米材料的制备方法

1.4 纳米碱土金属1.3.2 氟化物的性质12-1

313-14氟化物的研究进展14-1616-25

1.5 本论文的研究意义第二章 水热合成空心状BaF_2微米球2.1 引言16-17

2.2 实验过程

17-1817-1818-232.2.1 实验原料172.2.4 仪器表征18

2.2.2 实验步骤2.3 结果与讨论

2.3.2 扫2.3.1 射线粉末衍射(XRD)分析18-19

19-20描电镜(SEM)分析2020-2

12.3.3 透射电子显微镜(TEM)分析2.3.4 空心结构氟化钡的形成机理分析2.3.5 表面活性剂的影响21-22

22-2323-2

42.3.6 不同反应条件对产物的影响BaF_2 的光学性质

2.4 掺杂稀土元素(Yb、Er、Nd)2.5 本章小结24-25

第三章

水热合成CaF_2 以及掺杂稀土元素(铒，钕，鐿)的光学性质研究25-3626-2726-2727-323.1 引言25-263.2.1 实验原料263.2.3 仪器表征27

3.2 实验过程

3.2.2 实验步骤3.3 结果与讨论

3.3.2 3.3.1 X-射线粉末衍射(XRD)分析27-28

28-29扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征CaF_2 形成历程研究3030-31

29-30

3.3.3 花状

3.3.4 不同络合剂对产物影响3.3.5 不同物质的量络合剂对产物影响3.3.6 不同氟源对产物的影响31-32

3.3.7 花状氟化钙的形成机理32-3333-35

3.4 BET 表面积和孔径分布3.5 稀土离子(Ln =Yb Er Nd)掺杂CaF_2 的光学性质3.6 本章小结35-36

第四章 桑葚状CaF_2 纳米36-42

4.1 引言材料的合成及CaF_2:Yb~(3+)的光学性质364.2 实验部分36-37

4.2.1 试剂与仪器

36-3737-40384.2.2 实验过程374.3.1 XRD 分析37-38

4.3 结果与讨论4.3.2 EDS 分析

4.3.4 桑葚状4.3.3 FESEM 和TEM 表征38-39

39CaF_2 的形成过程4.3.5 络合剂对产物的影响39-404.3.6 不同氟源对产物的影响40掺杂CaF_2 的光学性质40-414.5 本章小结论42-43参考文献43-50

致谢50-51公开发表论文及著作情况51

4.4 Yb~(3+)

41-42结

在学期间