聚吡咯_银纳米复合材料的制备及电化学性能研究
第27卷第2期上海第二工业大学学报 V ol.27 No.2 2010年6月 JOURNAL OF SHANGHAI SECOND POLYTECHNIC UNIVERSITY Jun. 2010 文章编号:1001-4543(2010)02-0106-06
聚吡咯-银纳米复合材料的制备及电化学性能研究
李靖
(上海第二工业大学城市建设与环境工程学院，上海 201209)
摘 要：采用化学氧化法，以十二烷基硫酸钠为掺杂剂，以FeCl3为氧化剂，在0 o C ~ 3 o C引发吡咯单体氧化聚合，
制备聚吡咯 (PPy) 纳米颗粒。利用化学还原法制备Ag溶胶。将PPy与Ag溶胶复合，制备PPy-Ag纳米复合材料。
利用FESEM，TEM，XPS和XRD对PPy-Ag复合材料进行表征。利用电化学方法研究PPy-Ag纳米复合材料对甲
醇的催化反应。结果表明，PPy-Ag对甲醇具有较高的电催化活性。
关键词：聚吡咯；化学氧化合成；Ag溶胶；甲醇
中图法分类号：O631.2 文献标志码：A
0 引言
近年来，导电聚合物的研究取得了长足的进展，形成了一个十分活跃的边缘学科领域。在众多的导电
聚合物中，聚吡咯 (PPy) 具有环境稳定性好、电导率高且变化范围大、容易合成等诸多优点，在商业应用方
面有着广阔的前景，倍受广大学者的关注。PPy可用于制备传感器[1-4]、超级电容器[5-8]，也可用作二次电
池[9]、防腐材料[10, 11]、抗静电材料[12]、燃料电池[13-16]等。吡咯单体是一种C、N五元杂环分子，氧化电势
较低，在电场或氧化剂(如双氧水、氯化铁等) 的作用下很容易被氧化，进而发生聚合反应生成高分子聚吡
咯。科研人员已经发展了一系列新型的合成方法以制备具有不同纳/微米结构的PPy [5, 17-19]。
作为催化剂，由于金属纳米颗粒较高的催化活性和选择性，近年来已引起了很多科研工作者的研究兴
趣[20-22]。贵金属纳米粒子是最重要的研究对象之一。这是因为贵金属纳米粒子具有显著的催化性能和在制
备新型器件方面的潜在应用，例如微阵列、化学和生物传感器、储能和微电子机械系统等[23-26]。已有多种
化学方法能成功地用于制备贵金属纳米材料，包括化学还原[19, 25-27]、光还原[28]和电化学还原[29-31]等。
本文采用化学氧化法制备PPy纳米颗粒，利用PPy链与银纳米粒子的微观作用力，在Ag纳米粒子的表
面复合一层PPy微粒，得到了结构均一的PPy-Ag纳米复合材料。采用电化学方法研究了PPy-Ag复合材料
对甲醇的电催化性能。试验表明，合成的复合材料比单一的PPy和Ag纳米粒子具有更高的催化性能。
1 试验部分
1.1 试剂
吡咯购自Aldrich公司，使用前需在氮气保护下连续两次蒸馏提纯，置于冰箱中避光保存。十二烷基硫
酸钠 (SDS) 购自华美生物工程公司，其余均为国产分析纯试剂，使用前未进一步纯化。
1.2 Ag溶胶的制备
将3.5 mg的NaBH4溶于75 ml的去离子水中，所得溶液冷却到4 o C。配制AgNO3溶液，使其浓度为
2.2×10-3 mol/L，冷却至12 o C。在剧烈搅拌下，向NaBH4溶液缓慢滴加7.5 ml的AgNO3。滴加完毕后，继续
搅拌2 h，在冰箱中存放24 h，即得到黄色透明的Ag溶胶。
1.3 PPy的低温化学氧化合成
在反应瓶中加入75 mL水，通入氮气30 min充分除氧后，加入十二烷基硫酸钠 (SDS)，使其浓度为0.05 mol/L，
收稿日期: 2010-01-11; 修回日期: 2010-05-20
作者简介: 李靖 (1982－)，女，安徽人，博士，主要研究方向为电子产品的绿色设计与绿色能源材料，电子邮件：lijing@https://www.360docs.net/doc/528252531.html,
基金项目:上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金 (No.egd08014)，上海第二工业大学校基金 (No.XQD208014)
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在0 o C ~ 3 o C下搅拌20 min。然后加入165 μL吡咯，0 o C下剧烈搅拌2 h，加入0.01 mol的FeCl3，继续搅拌5 h，冰箱中存放24 h。抽滤，滤饼依次用蒸馏水、甲醇洗涤，于30 o C真空干燥24 h得黑色粉末PPy。
1.4 PPy与Ag溶胶的复合
将一定量的银溶胶与PPy混合，剧烈搅拌24 h，反应液颜色由黄色透明状转变成黑色，表明已合成PPy-Ag复合材料。反应完全后，抽滤。滤饼依次用蒸馏水、甲醇洗涤，于30 o C真空干燥24 h，得到PPy-Ag 纳米复合材料。
1.5 测试方法
将玻碳电极 (GCE) 分别在400目和1 000目的金相砂纸上打磨处理后，依次用6 μm， 1 μm， 0.05 μm的α-Al2O3粉末在抛光布上抛光至镜面，然后在无水乙醇和二次水中分别用超声波清洗5 min，用高纯氮气吹干备用。
在CHI 660电化学分析仪 (上海辰华仪器公司) 上进行电化学实验。使用自制的带盐桥的单室电化学池。采用三电极系统：基础工作电极为玻碳电极 (GCE，Φ 4 mm，电极表观面积为0.126 cm2) 及其修饰电极，铂丝作为对电极，饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极。在实验开始前，使用高纯氮气，在溶液中鼓泡除氧20 min。试验过程中，保持溶液静止，向溶液上方持续通入少量氮气，以保持池中的氮气氛围。
2 结果与讨论
2.1 PPy和PPy-Ag纳米复合材料的形貌和结构表征
用表面活性剂在低温条件下合成聚吡咯时，表面活性剂能起到模板的作用。采用不同的表面活性剂时，合成的聚吡咯的表面形貌是不同的。这主要是由于表面活性剂在水溶液中的聚集状态对PPy的形貌有着重要的影响。以SDS为模板得到的PPy呈现的是纳米颗粒状。由图1(A) 扫描电镜照片可以看到，PPy纳米粒子的粒径大约为30 nm，粒度比较均一。图1(B) 是PPy-Ag纳米复合材料的扫描电镜图。从图中可以看到，纳米粒子的直径大约为40 nm。PPy与Ag溶胶复合前后，呈现的都是颗粒状结构。
图1 PPy (A) 和PPy-Ag (B) 纳米复合材料的扫描电镜照片
Fig. 1 FESEM images of PPy (A) and PPy-Ag (B) nanocomposites
利用透射电镜观察PPy和PPy-Ag的形貌，如图2所示。从透射电镜照片 (A)图中可以看到，制备的PPy 纳米粒子粒径比较小，大约在30 nm左右，分布均匀，与扫描电镜观察的结果一致。复合材料粒子的粒径约为40 nm，如图(B)所示。处于中心的是Ag纳米颗粒，在电镜下观察颜色较深。从透射电镜图中可以看出PPy与Ag呈现的是一种核-壳结构。理想状态是所有的PPy纳米微粒里均包含Ag粒子，但实际上只有部分PPy纳米微粒里有Ag颗粒。
图2 PPy (A) 和PPy-Ag (B) 纳米复合材料的透射电镜照片
Fig. 2 TEM images of the PPy (A) and PPy-Ag (B) nanocomposite
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X-射线光电子能谱 (XPS) 是一种对样品表面的化学组分和元素价态进行表征的有效手段。PPy-Ag纳米复合材料的XPS谱图如图3所示，在结合能分别为368.1 eV和374.1 eV处有两个明显的峰，峰间距为6 eV，分别对应Ag 3d5/2和Ag 3d3/2峰。这是Ag (0) 的特征峰，表明PPy-Ag复合材料中的Ag是零价。
图3 PPy-Ag 纳米复合材料的XPS谱图
Fig.3 XPS spectra of PPy-Ag nanocomposite
利用X-射线粉末衍射 (XRD) 考察了PPy和PPy-Ag纳米复合材料的晶体结构，如图4所示。衍射角度2θ在10 ° ~ 80 °范围内，谱图a中位于24.5 o的衍射角是PPy的谱峰，表明合成的PPy是非晶结构。谱图b 所示的是PPy-Ag复合材料的XRD图，位于38.9 °、45.1 °、65.2 °和78.2 °的四个衍射角，分别对应于Ag 的(111)，(200)，(220) 和 (311) 面的特征峰，表明合成了具有面心立方结构的Ag (0)。
图4 PPy (a) 和PPy-Ag (b) 纳米复合材料的XRD谱图
Fig. 4 XRD patterns of PPy (a) and PPy-Ag (b) nanocomposite
2.2 修饰电极的制备
称取一定量的PPy和PPy-Ag纳米材料放入乙醇中超声分散，制备成浓度为1 mg/mL的溶液，密封保存备用。
用移液器吸取10 μL的PPy溶液，滴涂在裸玻碳电极表面，静止晾干，所得电极为纳米PPy修饰的电极，标记为PPy/GCE。采用相同方法制备Ag/GCE和PPy-Ag/GCE。
2.3 对甲醇的电催化性能研究
图5是PPy-Ag/GCE，Ag/GCE和PPy/GCE在N2饱和的H2SO4溶液中的CV曲线。PPy-Ag/GCE在0 V~ 1.0 V 电位范围内，没有氧化还原峰出现。当加入0.5 mol/L甲醇后，正向扫描过程中，甲醇在PPy-Ag/GCE上的起始氧化电位出现在0.3 V，氧化峰电位在0.64 V (曲线a)，电流密度 (I pa) 为8.1 mA/cm2。反向扫描过程中的氧化峰在0.5 V。根据文献报道[32]，该峰的出现与表面层中甲醇在正向扫描过程中所产生的未完全被氧化的碳水化合物有关。
作为比较，Ag/GCE在甲醇溶液中的CV图也显示如曲线b。甲醇的两个氧化峰出现在0.66 V和0.48 V。与PPy-Ag/GCE相比，峰电流密度要小得多，大约只有后者的2/5。这是由于Ag纳米粒子嵌入PPy纳米颗粒中，增大了纳米Ag的分散性和稳定性，提高了催化剂的电催化活性和抗CO ads毒化的能力[33]。甲醇在PPy/GCE上的氧化反应只出现一个宽的氧化峰，其峰电位在0.66 V，如曲线c所示。
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图5 PPy-Ag/GCE (a),Ag/GCE (b) 和PPy/GCE (c) 在N2饱和的硫酸溶液中的循环伏安曲线（CH3OH浓度：0.5 mol/L，扫速：50 mV/s Fig. 5 CVs of PPy-Ag/GCE (a), Ag/GCE (b) and PPy/GCE (c) in N2 saturated H2SO4 in the presence of 0.5 mol/L CH3OH aqueous
solutions at 50 mV/s
可以利用甲醇在正向扫描 (I f) 和反向扫描 (I b) 过程中的氧化峰电流的比率考察催化剂抗CO ads毒化能力[34]，高I f/I b比率表示甲醇在氧化过程中转化为CO2的效率较高，催化剂对中间产物CO ads的吸附量较小。PPy-Ag/GCE和Ag/GCE的I f/I b分别是2.2和1.7，表明PPy-Ag/GCE上由于PPy纳米粒子的载体作用，使甲醇的氧化中间产物在正向扫描过程中转化为CO2的效率较高，减小了Ag催化剂的毒化。
2.4 PPy-Ag修饰电极的稳定性
利用多圈循环伏安扫描方法研究修饰电极的稳定性，结果如图6所示。甲醇在PPy-Ag/GCE上的峰电流密度 (I pa) 随扫描圈数的增加而逐渐降低，扫描500圈后，I pa下降到了初始值的82 %。相同条件下，Ag/GCE 的I pa下降到了初始值的60 %。催化电流的下降，一个原因可能是由于在多圈循环伏安扫描过程中，甲醇不断地被电催化氧化，浓度下降，因而电流下降；另一方面可能是由于氧化中间毒物CO ads吸附积累在Ag表面，逐步降低了电极的催化活性。将Ag复合在PPy纳米粒子中，可以提高Ag的稳定性和抗CO ads中毒能力。
图6 PPy-Ag/GCE (a)和Ag/GCE (b)在0.5 mol/L H2SO4 + 0.5 mol/L CH3OH溶液中的循环伏安扫描电流密度变化和扫描圈
数的关系图，扫速：50 mV/s
Fig. 6 Variation of current density with cycles numbers in 0.5 mol/L H2SO4 + 0.5 mol/L CH3OH aqueous solutions at the
PPy-Ag/GCE (a) and Ag/GCE (b). Scan rate: 50 mV/s
3 结论
以FeCl3为氧化剂，在低温条件下合成PPy纳米粒子。将PPy与Ag溶胶复合制备了PPy-Ag纳米复合材料。TEM表明，Ag纳米颗粒被PPy包裹着形成核-壳结构，粒径约为40 nm。PPy-Ag纳米复合材料对甲醇具有较高的电催化性能，催化电流密度是Ag/GCE的2.5倍，抗CO ads中毒能力也大大提高，500圈循环伏安扫描后，峰电流密度仅降低18 %。包裹在Ag纳米粒子表面的PPy纳米层，能够稳定Ag纳米的结构以保持其高分散性，并具有富集、提取一些有机物种的作用，包括甲醇及其反应中间体，有利于降低毒性物质的吸附，并能够维护Ag催化中心的活性。
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Preparation and Electrochemical Properties of Polypyrrole-Ag
Nanocomposite
LI Jing
(School of Urban Development and Environmental Engineering, Shanghai Second
Polytechnic University, Shanghai 201209, P.R. China)
Abstract：Polypyrrole (PPy) nanoparticles doped with dodecylsulfate sodium (SDS) were successfully synthesized by rapid chemical oxidative polymerization of pyrrole at 0 o C～3 o C using FeCl3 as an oxidant. Ag sol was prepared by chemical reduction method. The PPy-Ag nanocomposite was prepared by mixing PPy and Ag nanoparticles together. The properties of the PPy-Ag nanocomposite have been characterized by field emission scanning electron microscope (FESEM), transmission electron microscope (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and powder X-ray diffraction (XRD). The electrocatalytic activitiy toward methanol oxidation reaction has been investigated using electrochemical investigations. The results revealed that the PPy-Ag nanocomposite has high electrocatalytic activity toward methanol oxidation.
Keywords: polypyrrole; chemical oxidation synthesis; Ag sol; methanol
电化学法制备纳米铜粉
文章编号:167325196(2008)0320009203 电化学法制备纳米铜粉 徐建林1,2,陈纪东1,2,张定军1,2,马应霞1,2,冉 奋1,2,龙大伟1,2 (1.兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,甘肃兰州 730050;2.兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室,甘肃 兰州 730050) 摘要:在十二烷基硫酸钠、吐温80、苯、正丁醇、十二烷基硫醇和硫酸铜混合而成的乳液中,采用电化学合成的方法制备稳定的、粒径均匀的Cu 纳米颗粒.采用XRD 、TEM 及FT -IR 对所制备的Cu 纳米颗粒的结构、形貌、粒径大小及表面键合性质进行表征.结果表明,制备的纳米铜粉为球型颗粒,分散较好,尺寸较为均匀,约为60～80nm ,并且具有立方晶型结构;得到的纳米铜颗粒表面含有一层有机物质,形成了包覆层较薄的核壳结构,这种包覆层阻止了纳米铜粉在空气中或水中的团聚和氧化,起到提高纳米铜颗粒的分散性和稳定性的作用.关键词:纳米颗粒;Cu ;乳液;电化学中图分类号:TB383 文献标识码:A Preparation of copper nano 2powder by using electrochemical method XU Jian 2lin 1,2,C H EN Ji 2dong 1,2,ZHAN G Ding 2jun 1,2 MA Y ing 2xia 1,2,RAN Fen 1,2,LON G Da 2wei 1,2 (1.State Key Lab.of Gansu Advanced Non 2ferrous Metal Materials ,Lanzhou Univ.of Tech.,Lanzhou 730050,China ;2.Key Lab.of Non 2ferrous Metal Alloys ,The Ministry of Education ,Lanzhou Univ.of Tech.,Lanzhou 730050,China ) Abstract :Stable and uniform Cu nanoparticles was p repared wit h electrochemical met hod in emulsio ns containing of sodium dodecyl sulfate ,tween 80,benzene ,12butanol ,dodecyl mercaptan and CuSO4?5H 2O.The morp hology and struct ure of t he resulting copper nanoparticles were investigated wit h XRD ,TEM and F T 2IR.It was found t hat t he copper nano 2powder was of sp herical st ruct ure wit h a better dis 2persity ,uniform particlesize.t he average size being 60～80nm and cubic crystalline.A layer of organic compound was absorbed on t he surface of copper nanoparticles ,forming a shell 2core st ruct ure wit h t hin surface coating film ,which could be p revent t he Cu nano 2powder f rom aggregation and oxidation in t he at 2mo sp here or water ,and increase t he dispersibility and stability of t he Cu nanoparticles as well. K ey w ords :nanoparticles ;Cu ;emulsions ;elect rochemist ry 纳米铜颗粒的比表面积大,表面活性中心数多,在石油化工和冶金中是良好的润滑剂;此外,纳米铜颗粒具有极高的活性和选择性,可以用作高分子聚合物的氢化和脱氢化反应的催化剂[1,2].1995年,Pekka [3]等指出纳米铜由于其低电阻而可用于电子 连接,引起电子界的很大兴趣.纳米铜粉也可用于制 造导电浆料(导电胶、导磁胶等),广泛应用于微电子工业中的布、封装、连接等,对微电子器件的小型化生产起重要作用. 目前,常用的制备纳米铜粉的方法有:机械化学 收稿日期:2007201207 作者简介:徐建林(19702),男,陕西岐山人,博士,副教授. 法、气相蒸汽法、化学还原法、辐照还原法等.此外,Gedanken 等人报道了一种用自还原前驱体制备纳米铜的方法[4],Pileni 等人用表面活性剂囊泡技术制备了各种形状的铜纳米颗粒[5].机械化学法制备的粉体组成不易均匀,粉末易团聚,粒径分布宽,所以缺乏现实意义;气相蒸汽法所需原料气体价格昂贵,设备复杂,成本高.目前研究最多的是液相还原法,但是液相还原又需要用到一些剧毒的还原剂,这对研究者本身或者是环境都会造成危害.电化学合成方法具有反应条件温和、仪器设备简单、无毒无污染的优点,是合成纳米材料的有效手段之一[6,7]. 本文采用电化学电解法,在十二烷基硫酸钠、吐 第34卷第3期2008年6月兰 州 理 工 大 学 学 报 Journal of Lanzhou University of Technology Vol.34No.3 J un.2008
聚乳酸纳米复合材料的制备及性能
聚乳酸纳米复合材料的制备及性能 本文讨论了聚乳酸（PLA）的改性方法一复合改性。主要论述了三种复合类型：聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料、聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料、聚乳酸/碳纳米管复合材料。 标签：聚乳酸；复合材料；生物降解 聚乳酸（PLA）是生物降解塑料中最优异的产品之一，它生物相容性好，无毒无刺激。但其固有缺陷如脆性大、耐热性差、成本高等限制了它的广泛应用。因此聚乳酸改性成为研究焦点。纳米复合改性因操作简单，效果立竿见影而成为聚乳酸改性领域的主要研究方向。 1 聚乳酸纳米复合材料 目前制备的聚乳酸纳米复合材料主要有3类：聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料、聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料、聚乳酸/碳纳米管复合材料。 1.1 聚乳酸/刚性纳米粒子复合材料 用来增强聚乳酸的刚性纳米粒子主要包括SiO2、CaCO3、TiO2等。Li等研究了纳米SiO2对PLA复合材料性能的影响。结果表明改性后PLA复合材料具有高的储能模量和降解速率。周凯等通过熔融共混制备了PLA/CaCO3复合材料，发现CaCO3使PLA的断裂从脆性转变为韧性，复合材料的耐热性和结晶性都得到提高。莊韦等通过原位聚合法制备PLA/TiO2纳米复合材料，结果表明复合材料的玻璃化转变温度和热分解温度提高；拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率增大。环氧基笼型倍半硅氧烷（POSS）也可以改性聚乳酸。于静等制备了PLA/POSS 复合材料，发现POSS可以提高PLA的结晶速率、力学性能和降解速率。 1.2 聚乳酸/层状硅酸盐纳米复合材料 层状硅酸盐具有片层结构，片层之间可以容纳聚合物分子。 沈斌等制备了PLA/MMT纳米复合材料，结果表明复合材料力学性能得到改善，结晶度提高。马鹏程等用有机改性蒙脱土（OMMT）制备PLA复合材料，结果表明形成插层还是剥离结构取决于OMMT含量。3%OMMT可以提高PLA 的力学性能和热性能；OMMT增加了PLA熔体强度，在挤出发泡时充当成核剂，降低发泡剂气体向熔体外部的扩散。滑石粉（Talc）也是常见的片层填料。吴越等制备PLA/Talc复合材料，结果表明Talc粒子提高了复合材料的拉伸强度、冲击强度，热稳定性。 1.3 聚乳酸/碳纳米管复合材料
纳米材料的主要制备方法
本科毕业论文 学院物理电子工程学院 专业物理学 年级 2008级 姓名贾学伟 设计题目纳米材料的主要制备方法 指导教师闫海龙职称副教授 2012年4月28日 目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 引言 (1) 1.1纳米材料的定义 (1) 1.2纳米材料的研究意义 (2) 2 纳米材料的主要制备方法 (3) 2.1化学气相沉积法 (3) 2.2溶胶－凝胶法 (5) 2.3分子束外延法 (6) 2.4脉冲激光沉积法 (8) 2.5静电纺丝法 (9) 2.6磁控溅射法 (11) 2.7水热法 (12)
2.8其他制备纳米材料的方法 (13) 3 总结 (14) 参考文献 (14) 致谢 (15)
纳米材料的主要制备方法 学生姓名：贾学伟学号： 学院：物理电子工程学院专业：物理学 指导教师：闫海龙职称：副教授摘要：纳米材料由于其特殊的性质，近年来引起人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。本文主要介绍了纳米材料的制备方法,其中包括化学气相沉积法、溶胶—凝胶法、分子束外延法、脉冲激光沉积法、静电纺丝法、磁控溅射法、水热法等。在此基础上,分析了现代纳米材料制备方法的发展趋势。纳米技术对21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展有重要影响,对生产力的发展有重要作用。 关键词：纳米；纳米材料；纳米科技；制备方法 The preparation method of nanomaterials Abstract：Nanomaterials are attracting intense in recent years. With the development of nanotechnology, nanomaterials preparation method has been more and more mature. The preparation methods sush as, chemical vapor deposition method, molecular beam epitaxy, laser pulse precipitation, sintering, hydrothermal method, sol-gel method are introduced in this paper. New development trend of preparation methods are analysed. N anomaterials will promote the development of IT, medicine, environment, automation technology and energy science, and will have a great influenced on productive in the 21st century. Key words：nanometer；na nomaterials；nanotechnology；preparation 1 引言 1.1纳米材料的定义 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，这大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度[1]。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切，当小粒子尺寸进入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值[2]。
电化学方法制备纳米材料
电化学方法制备纳米材料 Mcc 引言：诺贝尔奖获得者Feyneman在六十年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。 纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。1992年,《Nanostructured Materials》正式出版,标志着纳米材料学成为一门独立的科学。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响,因此,纳米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作为高级纳米结构材料和纳米器件的基本构成单元,纳米颗粒的合成与组装是纳米科技的重要组成部分和基础。而电化学方法制备纳米材料的研究，经历了早期的纳米薄膜、纳米微晶的制备，直至现在的电化学制备纳米金属线、金属氧化物等过程，为纳米材料的研究做出了极大的贡献。 摘要:纳米是指特征维度尺寸介于1-100 nm范围内的粒子微小粒子，又称作超微粒子。当粒子尺寸小至纳米级时,其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。本文简单综述了纳米材料的合成与制备中常用的几种方法以及简单的一些应用，着重综述了
纳米材料的电化学制备方法并对其影响因素和发展情景做以简单探究。 关键词：纳米材料电化学制备特征应用 Electrochemical preparation of nano materials Mcc Introduction:Nobel Prize winner in the s Feyneman prophecy: if we tiny scale of objects arranged to some control of words, we can make the object have a lot of unusual characteristics, you will see the properties of materials have a wealth of change. What he said is the material of the nanometer material now. Nano materials and nanotechnology is widely thought to be the 21 st century the most important new materials and one of the areas of science and technology. In 1992, the Nanostructured Materials "the official publication, marked the nanometer material science into an independent scientific < https://www.360docs.net/doc/528252531.html,/gongxue/ >. Since 1991, the first time the Iijima preparation since carbon nanotubes, a one-dimensional nanomaterials due to the nature of the has many special and broad application prospects and caused the people's attention. Because the morphology of nanometer material and size of its performance has the important influence, therefore, the size
聚苯胺-双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法的制作流程
本技术涉及超级电容器技术领域，且公开了一种聚苯胺双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法，包括以下配方原料：镧掺杂Co Ag双金属氢氧化物、2,6二硝基苯胺、引发剂。该一种聚苯胺双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法，Co Ag双金属氢氧化物镧掺杂Co Ag 双金属氢氧化物形成层状结构，具有较大的比表面积和孔径，可以使电荷很好地在电解质和电极材料之间匀速和迁移，并且Ag具有很高的电导率，提高了电极材料的导电性，促进了电荷的迁移和传输效率，聚苯胺包覆双金属氢氧化物，2,6二硝基苯胺中的硝基基团具有很强的吸电子性，降低了C原子的电子云密度，提高了聚苯胺的极性，增强了聚苯胺的在电解质中的耐酸碱性和化学稳定性。 权利要求书 1.一种聚苯胺-双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：40-53份镧掺杂Co-Ag双金属氢氧化物、32-50份2,6-二硝基苯胺、10-15份引发剂、制法包括以及以下实验药品：无水氯化钴、硝酸银、硝酸镧六水合物、蒸馏水、六次甲基四胺、无水乙醇、氢氧化钠、冰醋酸。 2.根据权利要求1所述的一种聚苯胺-双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸胺。 3.根据权利要求1所述的一种聚苯胺-双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法，其特征在于：所述镧掺杂Co-Ag双金属氢氧化物制备方法包括以下步骤： (1)依次向反应瓶中加入适量的蒸馏水再加入无水氯化钴和硝酸银并搅拌溶解，再加入无水乙醇和六次甲基四胺，蒸馏水和无水乙醇的体积比为1.5-2.5:1，在缓慢加入氢氧化钠，调节pH至9-10，控制溶液中总溶质的质量分数为3-12％，搅拌均匀后将溶液转移进自动水热反应釜中，将温度升至120-135℃，匀速搅拌反应15-20h，反应结束将溶液冷却至室温过滤除去溶剂，并使用蒸馏水洗涤固体产物，得到Co-Ag双金属氢氧化物。
聚合物纳米复合材料
聚合物纳米复合材料的研究进展 摘要 关键字 Abstract 1.引言 纳米材料是指材料的显微组织中至少有一相的一维尺寸在1-100nm以内的材料。由于平均粒径小，表面原子多，比表面积大，表面能高，因而呈现出独特的小尺寸效应、表面效应、量子隧道等特性，具有许多材料所没有的性能。介于其超凡特性，纳米材料越来越得到广泛的关注。不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一，尤其是聚合物纳米材料。本文就聚合物纳米复合材料的分类、制备、改性、应用及问题和未来展望展开叙述。 2.聚合物纳米复合材料定义与分类 2.1定义 聚合物纳米复合材料是由各种纳米单元与有机高分子材料以各种方式复合成型的一种新型复合材料，纳米单元可以是金属、无机物和高分子等。 2.2分类 根据组分不同，可分为： a）聚合物/聚合物纳米复合材料：由两种或两种以上的聚合物混在一起而其中有一纳米尺寸的聚合物分散于其它聚合物单体所构成的 复合材料。如第三代环氧树脂粘接剂，它是将预聚合的球状交联 橡胶粒子分散于环氧树脂中固化而成的。 b）聚合物/层状纳米无机物复合材料：是将层状的无机物以纳米尺度分散于聚合物中而形成的。通常采用插层法制备。目前用的最多 的是蒙脱土，蒙脱土是以片状晶体而构成的。 c）聚合物/无机纳米复合粒子复合材料：是将纳米级无机粒子填充到聚合物当中去的。由于小尺寸效应使材料具有光、电、声、磁等 功能，赋予材料良好的综合性能。 3.聚合物纳米复合材料制备 3.1插层复合法 插层复合法是目前制备聚合物纳米复合材料的主要方法。根据复合过程，插层复合法可分为两类，1）插层聚合法：原理是将聚合物单体分散，插层进入层状硅酸盐片层中，然后再原位聚合，利用聚合时放出的大量的热量克服硅酸盐片层间的库仑力，使其剥离，从而使硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度相复合；2）熔体插层法：原理是将插层无机物与高聚物插入层状无机的层间，该方法优
聚吡咯纳米复合材料的研究进展
收稿日期：2012-05-25 基金项目：山西省青年科技研究项目[2012021020－5]；山西省高校科技项目[20121017]；山西大同大学博士科研项目[2008-B-20]作者简介：乔永生(1977-)，男，山西曲沃人，博士，副教授，研究方向：功能材料的制备与性能研究。 第28卷第5期山西大同大学学报(自然科学版) Vol.28.No.52012年10月 Journal of Shanxi Datong University(Natural Ｓｃｉｅｎｃｅ）Oct 2012 文章编号：1674－0874（2012）05－0032－03 聚吡咯纳米复合材料的研究进展 乔永生，沈腊珍 (山西大同大学化学与化工学院，山西大同037009) 摘 要：导电聚吡咯具有合成方便、电导率可调、易聚合等优点，而且具有特殊的光、电、热等性能，在导电 聚合物中最具应用潜力。聚吡咯纳米复合材料是近年来出现的一种新型纳米材料，它既保留了聚吡咯的原有特性，还赋予了与之复合的材料的性能，成为许多前沿科研领域的重要研究方向。本文介绍了聚吡咯纳米复合材料的最新研究进展，综述了复合材料的主要类别及应用领域，并对聚吡咯复合材料的发展前景进行了展望。 关键词：聚吡咯；纳米；复合材料中图分类号：TB324 文献标识码：A 导电聚吡咯(Polypyrrole ，PPy)具有合成方便、导电性好、电导率可调，以及特殊的光、电、热等性能，成为应用最广的导电聚合物之一。但由于聚吡咯的难溶难熔特性，以及本征态的聚吡咯导电性比较差等问题，使多数聚吡咯材料的研究还只是局限于实验室和小规模研究，大批量生产成为一个难点。 吡咯单体的改性是改善聚吡咯性能的一个重要瓶颈，吡咯单体结构的改变能引起一系列各种参数的变化，进而改善聚合物的导电性、不溶不熔性和力学性能等。改善方法是在合成的过程中添加不同的添加剂或者纳米材料，制成聚吡咯纳米复合材料，能改善其热稳定性和机械延展性，还能有效提高它的电导率，能使不锈钢表面活性钝化而防腐。所得复合材料不仅保持了PPy 本身的特性，还具有了纳米粒子的性质，赋予材料其它功能特性的同时，使其综合性能得到较大改善，有非常广泛的应用前景。聚吡咯纳米复合材料激发了人们的研究热情，成为了一个十分活跃的科学领域。 １ 聚吡咯纳米复合材料的种类 1．1 聚吡咯/无机纳米复合材料 将无机粒子添加到导电聚吡咯中制备的有机/ 无机纳米复合材料，不但改善了导电聚吡咯自身的缺陷，还可将PPy 的导电性与无机纳米粒子的功能性集于一体。这种有机/无机纳米复合材料 显示出了良好的应用前景，从而迅速地成为纳米复合材料领域的热点研究方向之一。中科院化学所的万梅香教授课题组在有机/无机纳米复合材料方面做了大量前沿性的工作[1－2]。先分别以FeCl 3或FeCl 3与FeCl 2的混合物为原料，制备出Fe 2O 3和Fe 3O 4纳米粒子，然后将吡咯单体加入其中，Fe 2O 3和Fe 3O 4纳米粒子表面吸附吡咯单体后，加入氧化剂将吡咯氧化，经吡咯单体的自组装过程，将导电聚吡咯原位聚合于无机纳米粒子表面，得到具有电磁性能的γ-Fe 2O 3/PPy 和Fe 3O 4/PPy 纳米复合材料。Rincon 等人[3]在电沉积PPy 的过程中，将Bi 2S 3纳米粒子嵌入其中，得到的复合膜与纯聚吡咯膜相比，膜的排列更为紧密、规整，并具有较高的氧化性。Murillo 等人[4]采用微乳液法在不同温度和表面活性剂浓度下制备出尖晶石铁酸钴(CoFe 2O 4)，制得的CoFe 2O 4粒子大小为3~30nm ，当粒径低于20nm 时，可表现出超顺磁性。然后将PPy 聚合于铁酸盐表面，表面形成一层导电外壳，得到PPy /CoFe 2O 4纳米复合材料。Liu 等人[5]制备出了具有核-壳结构的SiO 2/PPy 纳米复合微球，TEM 和SEM 均显示此复合微球具有中空结构，而且微球的大小可控、形貌可控，可用于生物医学、生物传感器等领域。1．2 聚吡咯/有机纳米复合材料 Walaiporn 等人[6]通过原位化学聚合法将聚吡咯沉积到聚乳酸(PLA)表面，制得可防静电的生物高
聚苯胺碳纤维柔性超级电容器电极材料的研究
聚苯胺/碳纤维柔性超级电容器电极材料的研究作为导电聚合物中的一元,聚苯胺因拥有高比容量、快速充放电速率及简单制备工艺条件等优点而获得了研究者的广泛关注;同时作为赝电容材料的一元,聚苯胺的微观形貌结构与其性能的发挥有密切的联系。研究工作中主要由以下两方面来充分利用聚苯胺的高比容量和缓解聚苯胺的低结构稳定性,一方面通过制备形貌均匀的聚苯胺纳米纤维或纳米线可以增加材料接触电解液的活性比表面积,同时有效地缓解在充放电过程中离子嵌入/脱出的阻力,从而提高电极材料的机械稳定性;另一方面可以将聚苯胺与碳材料或过渡金属氧化物材料复合,通过基元之间良好的协同作用,获得高比容量和高结构稳定性的复合材料。 基于以上思路,本论文设计了以下三部分实验。(1)通过二氧化锰模板法制备聚苯胺/碳布(CC-PANI)复合材料,以碳布作为柔性集流体并探究了最佳PANI制备时长。 其中CC-PANI-8h电极材料获得了最稳定的倍率性能和最高的电化学活性,从0.5A/g到10A/g,CC-PANI-8h的比容量维持率为64.5%,即使在10A/g的电流密度下,材料的比容量仍可以高达429.42 F/g。(2)以TEOS掺杂的碳纳米纤维作为碳基体制备聚苯胺/碳纳米纤维(PANI/SiCNF)二元复合材料,并探究了最佳TEOS掺杂浓度。 随着掺杂浓度的不同,PANI的微观形貌也存在一定的区别,其中 PANI/SiCNF-30样品获得最佳的倍率性能和较高的比容量,在1A/g电流密度下其比容量为433.54F/g,且20A/g的高电流密度仍高达286.97F/g,后者比PANI/CNF 增大了约184F/g及比纯PANI增大了约50F/g。(3)通过三部分实验我们成功制备了聚苯胺/二氧化锰/碳纳米纤维(PANI/MnO2/NPCNF)三元复合材料,并探究了
电化学在制备纳米材料方面的应用
电化学在制备纳米材料方面的应用 摘要：应用电化学方法制备纳米材料是近年来发展起来的一项新技术。本文对应用电化学技术制备纳米材料的方法进行分类，着重介绍了电化学沉积法、电弧法、超声电化学法和电化学腐蚀法，并对其应用前景做了展望。 关键词：电化学纳米材料电沉积 1 前言 纳米材料和纳米技术被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当材料的粒子尺寸小至纳米级时，材料就具有普通材料所不具备的三大效应：(1)小尺寸效应，指当纳米粒子的尺寸与传统电子的德布罗意波长以及超导体的相干波长等物理尺寸相当或更小时，其周期性的边界条件将被破坏，光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化的效应；(2)表面效应，指纳米微粒表面原子与总原子数之比。纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小，表面原子数迅速增加。由于表面原子数增加，原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有高的活性，极不稳定，使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性；(3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。研究发现，一些宏观量，如纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。正是由于纳米材料具有上面的三大效应，才使它表现出：(1)高强度和高韧性；(2)高热膨胀系数、高比热容和低熔点；(3)异常的导电率和磁化率；(4)极强的吸波性；(5)高扩散性等令人难以置信的奇特的宏观物理特性。 自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”，我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。 由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响，因此，纳米材料形貌和尺寸的控制在纳米材料合成中是非常重要的。 目前制备纳米材料主要采用机械法、气相法、磁控溅射法等物理方法和溶胶—凝胶法、离子液法、溶剂热法、微乳法化学方法。但在这些方法中，机械法、气相法、磁控溅射法的生产设备及条件要求很高，生产成本高；化学方法中的离子液法和微乳法是近几年发展起来的新兴的研究领域，同时离子液离子液作为一种特殊的有机溶剂，具有粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好等独特的物理化学性质，但是离子液体用于纳米材料制备的技术还未成熟。 应用电化学技术制备纳米材料由于简单易行、成本低廉等特点被广泛研究与采用。与其他方法相比，电化学制备方法主要具有以下优点：1、适合用于制备的纳米晶金属、合金及复合材料的种类较多；2、电化学制备纳米材料过程中的电位可以人为控制。整个过程容易实现计算机监控，在技术上困难较小、工艺灵活，易于实验室向工业现场转变；3、常温常压操作，避免了高温在材料内部引入的热应力；4、电沉积易使沉积原子在单晶基底上外延生长，可在大面积和复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。 电化学方法已在纳米材料的制备研究领域取得了一系列具有开拓性的研究成果。本文综述了应用电化学技术制备纳米材料的主要的几种方法及其制备原理，并对其优劣进行了比较。 2 应用电化学技术制备纳米材料的种类 2.1 电化学沉积法 与传统的纳米晶体材料制备相比，电沉积法具有以下优点：(1)晶粒尺寸在1~100 nm内；(2)
制备纳米材料的物理方法和化学方法
制备纳米材料的物理方法和化学方法 （********） 纳米科学技术是20世纪80年代末产生的一项正在迅猛发展的新技术。所谓纳米技术是指用若干分子或原子构成的单元—纳米微粒，制造材料或微型器件的科学技术。 纳米材料的制备方法甚多，目前制备纳米材料中最基本的原则有二：一是将大块固体分裂成纳米微粒；二是由单个基本微粒聚集形成微粒，并控制微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。 1物理制备方法 早期的物理制备方法是将较粗的物质粉碎，如低温粉碎法、超声波粉碎法、冲击波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等等。近年来发展了一些新的物理方法，这些方法我们统称为物理凝聚法，物理凝聚法主要分为 （1）真空蒸发靛聚法 将原料用电弧高频或等离子体等加热，使之气化或形成等离子体，然后骤冷，使之凝结成纳米微粒。其粒径可通过改变通入惰性气体的种类、压力、蒸发速率等加以控制，粒径可达1—100nm 。具体过程是将待蒸发的材料放人容器中的柑锅中，先抽到410Pa 或更高的真空度，然后注人少量的惰性气体或性2N 、3NH 等载气，使之形成一定的真空条件，此时加热，使原料蒸发成蒸气而凝聚在温度较低的钟罩壁上，形成纳米微粒。 （2）等离子体蒸发凝聚法 把一种或多种固体颗粒注人惰性气体的等离子体中，使之通过等离子体之间时完全蒸发，通过骤冷装置使蒸气奴聚制得纳米微粒。通常用于制备含有高熔点金属合金的纳米微粒，如Fe-A1 , Nb- Si 等。此法常以等离子体作为连续反应器制备纳米微粒。 综上所述，物理方法通常采用光、电等技术使材料在真空或惰性气氛中蒸发，然后使原子或分子形成纳米颗粒，它还包括球磨、喷雾等以力学过程为主的制备
聚苯胺超级电容器材料
科研训练报告书 项目名称：聚苯胺超级电容器材料 学生姓名：陶学楷 学号：2012211927 专业班级：高分子材料与工程12-1班指导老师：汪瑾 2014年 7 月 12 日
摘要：综述了超级电容器的分类、机理以及特性。阐述了超级电容器用导电聚苯胺的现状和发展方向。并比较了超级电容器用聚苯胺的合成方法。同时表明不同的掺杂物种、掺杂方式对PANI的结构、稳定性的影响甚大 关键词：超级电容器；聚苯胺；比电容；循环特性 1.背景知识介绍 超级电容器也称电化学超级电容器，是20世纪七八十年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，其具有法拉级的超大电容量，比同体积的电解电容器容量大2 000～6 000倍，功率密度比电池高10～100倍，具有工作温度范围宽、可大电流充放电、充放电效率高的优点，充放电循环次数可达10万次以上，循环效率高(大于99％)，并且免维护。超级电容器可广泛应用于机动车启动、电动工具、太阳能发电、电厂峰谷平衡、国防等领域，其优越的性能及广阔的应用前景受到了各个国家的重视[1-3]。 根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双电层电容器和赝电容器[4]。双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料，如活性炭、碳气凝胶、碳纳米管(CNTs)等。赝电容器也叫法拉第准电容器，其产生机制与双电层电容器不同，通常具有比双电层高lO一100倍的比容量和比能量。目前赝电容器的电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物[5]。 用导电聚合物作为超级电容器的电极材料是近年来发展起来的。常见的导电聚合物材料有聚吡咯(PPY)、聚噻吩、聚苯胺(PANI)、聚对苯、聚并苯、聚乙炔二茂铁、聚亚胺酯及它们衍生物的聚合物如聚3一(4一氟苯基)噻吩、聚反式二噻吩丙烯氰等。目前对导电聚合物电容器的研究主要集中在提高其循环寿命上[6]。 双电层电容器和法拉第电容器的特性差别 双电层电容器法拉第电容器 双电层储能原理氧化还原反应储能原理
电化学方法在制备纳米材料中的应用
电化学方法在制备纳米材料中的应用 纳米材料，一般是指具有纳米量级(1-100 nm)的晶态或非晶态超微粒构成的固体物质或由它们作为基本单位构成的材料。其广义是指在三维空间中的微观结构，至少有一维方向上处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料[1]。纳米材料的制备技术实际上可以追溯到古代陶瓷制备技术，各种陶瓷的超精细粉末就是一种我们今天所谓的纳米材料。古代绘画所用的碳墨就是利用化学燃烧方法制备的，可以说是最早的简单实用的纳米制备方法。今天，人们充分发挥自己的聪明才智、深入认识客观世界、科学地利用自然界的各种资源，研究了各种各样的纳米材料的制备方法[2]。电化学制备纳米材料就是一种新型的制备纳米材料的方法，电化学方法是利用外加电场作用，在特定的电化学反应器内，通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程，制备出纳米材料的前驱体，在不同温度下煅烧得到不同晶型的纳米材料[4]。电化学方法（特别是电化学沉积法）因其自身的特点如可选择性地调节和控制电位或电流、实施电位或电流阶跃、外加交流微扰信号等，为制备粒径和形状可控的纳米微粒提供了一种方便可行的实验方法。 电化学方法制备纳米材料的研究，经历了早期的纳米薄膜、纳米微晶的制备，直至现在电化学制备纳米金属线、金属氧化物已有几十年的研究时间。直至1963年，运用电沉积技术制备叠层膜的方法不断改进，Brenner提出了单一电解液中沉积Co-Bi多层膜的设想，由原来的多槽电沉积转变成今天的单槽电沉积，这便是当今电沉积制备纳米金属多层膜的开端。电沉积法制备纳米叠层膜逐渐成为一个比较成熟的获得纳米晶体的方法。 在电沉积领域，人们也认识到超细微粒加人镀层可以增强原金属镀层的耐磨、耐高温等性能，并且在过去的30年里它也得到了长足的发展。对于纳米微粒作为复合镀微粒在电沉积过程中影响金属沉积以及晶粒生长的文献直到近十年才出现。许多研究表明纳米微粒的加人可以抑制晶体的长大并且促进电沉积纳米晶体的形成。 生物传感器作为一门涉及化学、生物学、物理学以及电子学等领域的交叉学科，在临床医药、发酵生产、食品检验和环境保护等诸多领域有着广阔的应用前景。结合电分析技术与生物传感技术的电化学生物传感器是其中非常重要的一类。它是由生物材料作为敏感元件，电极作为转换元件．以电势、电流或电导等作为特征检测信号的传感器。理想的生物分子的固定方法要求既能促进有效的电子转移．又能保持被固定生物分子的活性。近年来，纳米技术逐步进入电分析和生物传感器领域．引发了突破性的进展。通过将新型纳米材料修饰到电极表面，可以有效地固定生物分子．并促进其氧化还原中心与电极之间的直接电子转移．从而研制新一代的生物传感器及其它生物器件。 2.纳米材料的制备 纳米材料的制备理论基础，简单地说就是如何控制粒子生长，使其在所要求的阶段停止。目前国内外纳米粒子的制备方法大体可以分为物理法、化学法、物理化学法3种[2]。 （1）物理方法有物理粉碎法，采用介质和物料间相互研磨和冲击，并辅以助剂加以粉碎达到微粒微细化；物理气相沉积法（PVD），在惰性气体气体下气化后再冷凝成纳米粒子，此外还有真空蒸发法、放电爆炸法、真空溅射法等。 （2）化学方法包括气相沉积法（CVD），采用加热热源将物质气化后，通过化学反应，成核生长得到纳米粒子；水热合成法，高温高压下在溶液或气体等流体中合成；化学沉淀法，将沉淀剂加入到金属盐溶液中，沉淀后进行热处理得到纳米材料。 （3）物理化学方法包括溶胶-溶胶法，将将金属有机醇盐或无机盐溶液经水解，使溶质聚合成溶胶再凝胶，在低温下干燥，研细后烧结得到纳米粒子；微乳液和反胶束法，微乳液
半导体纳米材料的制备方法
摘要：讨论了当前国内外主要的几种半导体纳米材料的制备工艺技术,包括物理法和化学法两大类下的几种，机械球磨法、磁控溅射法、静电纺丝法、溶胶凝胶法、微乳液法、模板法等,并分析了以上几种纳米材料制备技术的优缺点关键词:半导体纳米粒子性质；半导体纳米材料；溶胶一凝胶法;机械球磨法；磁控溅射法；静电纺丝法；微乳液法；模板法；金属有机物化学气相淀积引言 半导体材料（semiconductormaterial）是一类具有半导体性能（导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mΩ·cm～1GΩ·cm范围内）。相对于导体材料而言,半导体中的电子动能较低,有较长的德布罗意波长,对空间限域比较敏感。半导体材料空间中某一方向的尺寸限制与电子的德布罗意波长可比拟时,电子的运动被量子化地限制在离散的本征态,从而失去一个空间自由度或者说减少了一维,通常适用体材料的电子的粒子行为在此材料中不再适用。这种自然界不存在,通过能带工程人工制造的新型功能材料叫做半导体纳米材料。现已知道,半导体纳米粒子结构上的特点(原子畴尺寸小于100nm,大比例原子处于晶界环境,各畴之间存在相互作用等)是导致半导体纳米材料具有特殊性质的根本原因。半导体纳米材料独特的质使其将在未来的各种功能器件中发挥重要作用,半导体纳米材料的制备是目前研究的热点之一。本文讨论了半导体纳米材料的性质,综述了几种化学法制备半导体纳米材料的原理和特点。
2.半导体纳米粒子的基本性质 2.1表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。对直径大于0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。 随着纳米材料粒径的减小，表面原子数迅速增加。例如当粒径为10nm 时，表面原子数为完整晶粒原子总数的20%；而粒径为1nm时，其表面原子百分数增大到99%；此时组成该纳米晶粒的所有约30个原子几乎全部分布在表面。由于表面原子周围缺少相邻的原子：有许多悬空键，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，故表现出很高的化学活性。随着粒径的减小，纳米材料的表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。 超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2*10-3微米）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多李晶等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。 因此想要获得发光效率高的纳米材料，采用适当的方法合成表面完好的半导体材料很重要。 2.2量子尺寸效应 量子尺寸效应--是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。当半导体材料从体相减小到某一临界尺寸(如与电子的德布罗意波长、电子的非弹性散射平均自由程和体相激子的玻尔半径相等)以后,其中的电子、空穴和激子等载流子的运动将受到强量子封
纳米材料制备方法综述
纳米材料制备方法综述 摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。 关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法 近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。 目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。 一、气相法 气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。 1、物理气相沉积（PVD） 在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1蒸气-冷凝法 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。 1.2溅射法 用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电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离子形成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面，使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子．并在附着面上沉积下来。用溅射法制备纳米微粒有许多优点:可制备多种纳米金属，包括高熔
聚合物基纳米复合材料的近代发展
聚合物基纳米无机复合材料的应用与发展 摘要：聚合物基纳米无机复合材料是一种性能优异的新型复合材料,已成为材料科学的新热点。本文概述了聚合物基纳米无机复合材料的发展前景及发展过程中应注意的问题。及相应的解决方法。 关键词：聚合物;纳米;无机物;复合材料 1.纳米复合材料的概念、特性、背景 1.1纳米复合材料的概念 纳米复合材料是指一种或多种组分以纳米量级的微粒,即接近分子水平的微粒复合于基质中构成的一类新型复合材料。因其分散相尺寸介于宏观与微观之间的过渡区域,从而给材料的物理和化学性质带来特殊的变化,纳米复合材料正日益受到关注,被誉为“21世纪最有前途的材料”,其研究的种类已涉及无机物、有机物及非晶态材料等。聚合物基纳米无机复合材料因其综合了有机物和无机物的各自优点,且能在力学、热学、光学、电磁学与生物学等方面赋予材料许多优异的性能,正成为材料科学研究的热点之一[1]。 1.2纳米复合材料的特性 当材料粒子尺寸进入纳米量级时,因其自身具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应,以及纳米固体粒子中大量缺陷的存在,使得聚合物基纳米无机复合材料具有与众不同的特点[2]。纳米复合材料是继单组分材料、复合材料和梯度功能材料之后的第四代材料。 1.3纳米复合材料的背景 纳米复合材料的出现先于概念的形成。早在上世纪年代末, 实际上就已出现了聚合物心纳米复合材料, 只是人们还未认识到其特殊的性能与实际应用意义〕。纳米复合材料是年代初〕提出的, 与单一相组成的纳米结晶材料和纳米相材料不同, 它是由两种或两种以上的吉布斯固相至少在一个方向以纳米级复合而成的复合材料, 这些固相可以是非晶质、半晶质、晶质或者兼而有之, 而且可以是无机、有机或二者都有。纳米相与其它相间通过化学共价键、赘合键与物理氢键等作用在纳米水平上复合, 即相分离尺寸不得超过纳米数量级。因而, 它与具有较大微相尺寸的传统的复合材料在结构和性能上有明显的区别, 近些年已成为聚合物化学和物理、物理化学和材料科学等多门学科交叉的前沿领域, 受到各国科学家和政府的重视。 2.纳米无机复合材料相关应用与发展 材料性能与组织结构有密切关系。与其他材料相比,纳米复合材料的物相之间有更加明显并呈规律变化的几何排列与空间结构属性,因此聚合物基纳米复合材料具有灵活的结构可设计性及优于一般传统复合材料的特性,在许多领域有着广泛的应用前景。 2.1吸波材料 根据目前吸波材料的发展现状,一种类型的材料很难满足日益提高的隐身技术提出的“薄、宽、轻、强”的综合要求[3 ] ,采用质量轻的有机聚合物作基体,无机吸收剂作客体进行多元复合制备吸波材料就成了必然趋势。另外,具有共轭电子体系结构,通过掺杂而成的导电聚合物(如聚乙炔、聚苯胺、聚苯硫醚、聚吡咯、聚噻吩) 本身就有较好的微波吸收性能,一些聚合物还具有红外活性或红外特征吸收带[4 ,5 ] ,利于红外吸波。聚合物基纳米无机复合材料可以方便地调节复合物的电磁参数,以达到阻抗匹配的要求,且价廉。美国F117 飞机蒙皮上的隐身材料就含有多种超微粒子,它们对不同频段的电磁波有强烈的吸收能力[6] 。