CdS_ZnO核壳结构纳米微粒的合成及其发射光谱研究_蔡_红1_杜庆波2_曹稳根
C d S /Z n O 核壳结构纳米微粒的合成及其发射光谱研究
?
蔡一红1,杜庆波2,曹稳根1
(1.宿州学院化学与生命科学学院,安徽宿州234000;2.宿州卫生学校,安徽宿州234000
)摘一要:一采用单分子前驱体热分解的方法合成了单
分散C d S 纳米晶,以C d S 纳米晶作为核,在C T A B 辅
助下,对其表面进行修饰,荧光光谱表明C d S /Z n O 核
壳结构被成功合成三温度对包覆的影响被考查,结果表明,随着温度的升高晶体结晶越好,包覆越来越完全,Z n O 包覆在C d S 纳米晶的表面而掩盖了C d S 纳米晶的缺陷,使得缺陷发光减弱而带隙发光增强三关键词:一C d S ;Z n O ;核壳纳米结构;发射光谱中图分类号:一T B 383文献标识码:A 文章编号:
1一引一言
纳米材料因其量子限制效应和尺寸效应而具有很
多独特的物理和化学性质三硫化物半导体如C d S 具
有较窄的禁带宽度(2.5e V )
,对可见光敏感而广泛应用于光电领域三但是,C d S 不稳定,易被光解三另外,C d S 纳米粒子的表面缺陷也会严重影响其发光效率三解决这些问题的方法主要是选择两种能带结构相匹配的半导体,通过在其表面包覆来提高其发光效率三
近年来,核壳结构的复合半导体纳米材料的研究引起了人们极大的兴趣三通过在核的表面进行修饰增强其稳定性同时显著提高核层的荧光量子产率三比较
成功的方法是以宽带隙半导体物质为壳层包覆窄带隙
半导体微粒为核的半导体纳米微粒三由于两种不同带隙的化合物具有相近的晶体结构,使壳层在核层表面的定向生长成为可能,并使表面缺陷减少,从而提高核
层的荧光量子产率,增强光稳定性[
1
]三目前已经研究的核壳结构体系如C d S /Z n O [2,3,4]二C d S e /Z n S e [5]
二
C d S e /Z n S [6-8]二C d S e /C d S [9-12]二C d S /H g
S /C d S [13,14
]二C d S /H g
S [15]二C d S /Z n S [16]及C d S /P b S [17]
,均证实修饰的壳层可大大提高核的发光效率三本论文报道了首先通过利用单分子前驱体热分解的方法获得单分散的
C d S 纳米晶,然后在C T A B 辅助下,采用Z n O 对其进
行表面修饰,得到具有Z n O 包覆的C d S /Z n O 核壳纳
米结构,研究了温度对其光学性能的影响三
2一实一验
2.1一试剂和仪器2.1.1一试剂
氯化锌(国药集团,A.R.),氢氧化钠(国药集团,A.R.),C T A B (济宁市化工研究所,A.R.
),氯化镉(上海试剂三厂,A.R ),油胺(N e wJ e r s e y U S A ),2-巯基苯并噻唑(进口分装),无水乙醇(国药集团,A.R.
),去离子水三
2.1.2一仪器
X -射线粉末衍射仪(S h i m a d z uX R D -6000),高分辨电镜(J E O LJ M -200C X ,200k V ,J a p a n ),紫外可见分光光度计(H i t a c h iU -4100),F -4500型荧光光谱仪,高压釜,超声清洗器,高速离心机,干燥箱等三
2.2一C d S 纳米晶体的制备
首先将2.234g 2-巯基苯并噻唑(C 6H 4N S H )溶解到20m L 无水乙醇中,然后把1.8410g 氯化镉(C d C l 2
四H 2O )溶解到另外的10m L 无水乙醇中,在搅拌下将二者混和后,置于冰浴中,过滤二洗涤,干燥得到巯基苯
并噻唑镉(C d (M e r )2)
三在100m L 的三颈烧瓶中加入8m L 油胺和0.2150g 巯基苯并噻唑镉(C d (M e r )2),通氩气20m i n 后,快速加热到190?,
并在此温度下晶化6h ,
冷却至室温,加入无水乙醇,离心,洗涤,置于真空烘箱中60?干燥2h ,既得C d S 纳米微粒三2.3一Z n O 的包覆
称取一定量的C d S 纳米晶体,再称取5倍量的C T A B ,将这两种物质的混合物放入烧杯中加入去离子水,在磁力搅拌器上充分搅拌并对其进行交替超声分散,直至C d S 纳米晶完全溶解为止三向上述溶液中加入约是C d S 纳米晶质量5倍的氯化锌固体,搅拌溶解三向溶液中加入0.2m o l /LN a O H 溶液调节p H 值在12~13之间,均匀搅拌0.5h
三将上述反应液转移至高压釜中,分别于100二120和150?的温度下反应5h ,自然冷却至室温三加入无水乙醇,离心,洗涤,置于真空烘箱中60?干燥2h ,既得C d S /Z n O 核壳纳米结构三
2.4一产物的表征
C d S 纳米晶和最终产物C d S /Z n O 的物相分析在X -射线衍射仪(S h i m a d z u X R
D -6000)上进行,使用J
E -O LJ M -200C X 透射电子显微镜(T E M )
观察产物的形貌和粒径,用紫外可见分光光度计(H i t a c h iU -4100)测量样品(超声分散在乙醇中)的紫外-可见吸收,在荧光光谱仪(F -4500)上测量样品的光学性质三3一结果与讨论
3.1一C d S 纳米晶
C d S 纳米晶的物相分析在X -射线衍射仪(X R
D )
1
蔡一红等:C d S /Z n O
核壳结构纳米微粒的合成及其发射光谱研究?
基金项目:安徽省教育厅自然科学基金重点资助项目(K J 2011Z 368
)收到初稿日期:2012-08-25收到修改稿日期:2013-01-05
通讯作者:蔡一红作者简介:蔡一红一(1957-)
,女,安徽省宿州人,教授,学士,主要从事有机分析研究工作三网络出版时间：2013-02-26 15:48
网络出版地址：https://www.wendangku.net/doc/34103270.html,/kcms/detail/50.1099.TH.20130226.1548.011.html
上进行三图1为产物C d S纳米晶的X D R图谱,从图谱上可以看出,它具有明显的七个衍射峰,分别对应于六方纤锌矿结构C d S的(100)二(002)二(101)二(102)二(110)二(103)和(112)晶面三利用D e b y e-S c h e r r e r公式计算可得粒径约为12n m三图2(a)为产物C d S纳米晶的低倍透射电镜照片,从图中可以看出产物为单分散的纳米晶,颗粒的大小比较均一三图2(b)为产物C d S 纳米晶的H R T E M照片,由图可以清晰的观察到C d S 纳米晶的高分辨相,说明产物的结晶性良好,产物的粒径大约为13n m,这和通过X R D数据计算得到的相一致三
图1一C d S纳米晶的X R D图
F i g1X R D p a t t e r n s f o rC d S
图2一C d S纳米晶的T E M图
F i g2T E M m i c r o g r a p h so fa s-s y n t h e s i s C d S n a n o-
c r y s t a l s
众所周知,半导体纳米晶的紫外-可见吸收光谱能够反应半导体纳米晶的尺寸分布情况三图3为产物纳米晶的紫外-可见吸收光谱,它在320n m处有一明显吸收,和块体的C d S相比,发生了明显的蓝移[18]三图4为C d S纳米晶的荧光光谱图,激发波长为320n m 时,在478n m和530n m左右存在两个明显的发射峰,它们分别对应C d S的带隙发光和缺陷发光,这和文献报道相一致[1,19]三
图3一C d S纳米晶的紫外-吸收光谱图
F i g3U V–V i sa b s o r p t i o n s p e c t r u m o fC d S n a n o-
c r y s t a l s
图4一C d S纳米晶的荧光光谱图
F i g4F l u o r e s c e n c e s p e c t r u mo fC d Sn a n o c r y s t a l s
3.2一C d S/Z n O核壳纳米结构
3.2.1一包覆了Z n O的C d S纳米晶的表征
Z n2++2OH-??＝Z n(OH)2(1) Z n(OH)2+2H2O??＝2H++Z n(OH)2-4(2)
Z n(OH)2-4??＝Z n O+H2O+2OH-(3)一一式(1)二(2)为生成Z n O纳米晶的反应方程式,当加入Z n C l2和N a OH时生成Z n(O H)2沉淀,在水热过程中,Z n(O H)2溶解形成Z n(O H)2-4,然后Z n (O H)2-4脱水生成Z n O纳米晶,包覆在C d S纳米晶的表面,在C d S表面形成一层Z n O薄膜三图5分别为在100二120和150?获得的Z n O包覆C d S纳米晶的X R D图三由图可见,X R D呈现15个衍射峰,分析表明他们分别为C d S纳米晶的(100)二(002)二(101)二(102)二(110)面的衍射峰,另外还有10个Z n O纳米晶的衍射峰,分别对应为(100)二(002)二(102)二(110)二(103)二(200)二(112)二(201)二(004)二(202)晶面的衍射峰三X R D表明同时存在C d S纳米晶和Z n O纳米晶的衍射峰,但由于可能同时存在单独的C d S和Z n O纳米晶,并不能判断C d S纳米晶是否被Z n O包覆三荧光光谱图是一种已经被证实表征C d S纳米晶是否被Z n O 包覆的较好的方法三
3.2.2一不同温度下获得的C d S/Z n O的荧光发射光谱
C d S/Z n O发射光谱随反应温度的变化如图6(a)二(b)二(c)所示三从图中可以明显的看出,100和120?时波长在420左右和360n m左右分别存在C d S纳米晶和Z n O纳米晶的发射峰,随着温度的升高C d S纳米
22013年第6期(44)卷
晶的缺陷发光光谱峰逐渐减弱,150?时完全消失,
而Z n O 纳米晶的带隙发光光谱峰逐渐增强在150?时达
到最强,在385n m 左右三讨论其原因:这是因为温度较低时不利于Z n O 的生成及其对C d S 纳米微粒表面的修饰,C d S 表面的缺陷仍较多;而在较高的合成温度下,可生成Z n O 并包覆在C d S 表面,
形成核壳结构,从而使带隙发光光谱增强
[3]
三结果表明:随着温度的增
高晶体结晶越来越好,包覆越来越完全,这样Z n O 纳米晶包覆在C d S 纳米晶的表面而掩盖了C d S 的表面缺陷,使得缺陷发光减弱而带隙发光增强三这也说明C d S 纳米晶已被Z n O 包覆三
图5一C d S /Z n O 的X R D 图
F i g 5X
R D p a t t e r n s f o rC d S /Z n O 图6一C d S /Z n O 的发射光谱
F i g 6F l u o r e s c e n c e s p
e c t r a
f o rC d S /Z n O 4一结一论
以巯基苯并噻唑镉(C d (M e r )2)
为前驱体,以油胺为溶剂,在190?的温度下反应6h 制得了单分散的
C d S 纳米晶三以C T A B 为表面活性剂,采用Z n O 进行
表面修饰,有效地合成了核壳结构的C d S /Z n O 纳米微粒,大大减少了C d S 纳米微粒的表面缺陷,提高了它的荧光量子产率三参考文献:
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C A IH o n g1,
D U Q i n g-B o2,C A O W e n-g e n1
(1.C h e m i s t r y&L i f eS c i e n c eD e p a r t m e n t,S u z h o uU n i v e r s i t y,S u z h o u234000,C h i n a;
2.S u z h o uP u b l i cH e a l t hS c h o o l,S u z h o u234000,C h i n a)
A b s t r a c t:W e l l-d i s p e r s e dC d Sn a n o p a r t i c l ew a s s y n t h e s i z e dv i a t h e r m a l d e c o m p o s i t i o no f o r g a n o m e t a l l i c p r e c u r-s o r s i nc o o r d i n a t i n g s o l v e n t s.T E Mi m a g e s i n d i c a t e d t h a t t h e s i z e o f C d Sw a s a b o u t12n m.C d S/Z n Oc o r e/s h e l l s t r u c t u r e sw e r e c o n s t r u c t e db y c o a t i n g t h eC d Sc o r ew i t ha l a y e r o fZ n Ou s i n g C T A Ba s s u r f a c t a n t.L u m i n e s-c e n c e s p e c t r a s u g g e s t e d t h a t C d S/Z n O w a s s u c c e s s f u l l y s y n t h e s i z e d.C o m p a r e d t oC d Sn a n o p a r t i c l e s,t h e b a n d-g a p e m i s s i o no f C d S/Z n O w a s g r e a t l y i m p r o v e dw i t h t h e t e m p e r a t u r e r i s i n g,w h i c h c o n t r i b u t e d t o t h a t t h e s h e l l o f Z n O m o d i f i e d t h e s u r f a c e o fC d Sc o r e a n d r e d u c e d t h e s u r f a c ed e f e c t.
K e y w o r d s:C d S;Z n O;c o r e-s h e l l s t r u c t u r e;e m i s s i o n s p e c t r a
42013年第6期(44)卷
14.1 DNA功能化的金纳米粒子及其应用
DNA功能化的金纳米粒子 1 DNA功能化的金纳米粒子及其应用 用DNA分子修饰无机纳米粒子为其在传感，药物和基因传输，光学和能源领域的应用带来了新的机遇。同时利用DNA对纳米颗粒间相互作用的控制，基于DNA的平台也能为构建复杂纳米粒子组装结构提供灵活性和多样性。DNA金纳米粒子复合物(DNA-AuNPs)是一种纳米生物复合物，由内层的纳米粒子和外层的DNA组成，起到了连接生物体系和纳米材料的作用。上世纪九十年代中期，Mirkin研究组和Alivisatos研究组在他们的开创性工作中，首次报道了DNA功能化的金纳米粒子体系。Mirkin等人合成了13 nm的金纳米粒子(在溶液中呈现均一的红色，紫外吸收峰波长为520 nm)，然后将末端为巯基修饰的DNA通过S-Au化学键相互作用固定到金纳米粒子表面得到DNA．金纳米粒子复合物(图1．9)，后来他们将这种复合物重新命名为球形核酸(spherical nucleic acid，SNA)。由于这种DNA修饰的金纳米粒子复合物既具有金纳米粒子的光学和物理化学特性，又具有DNA分子的可编程特性和生物特性，自从Mirkin等人的开创性工作发表以来，DNA功能化的金纳米粒子发展应用迅速，已经被广泛应用于生物传感，离子检测，核酸比色检测，金纳米粒子结晶组装，生物成像等领域。 图1．9 Spherical nucleic acid(SNA) conjugates. 1.1 DNA功能化的金纳米粒子在核酸检测中的应用 基因突变的检测可以为诊断提供重要的目树，使人们对用于包括癌症在内的许多疾病早期诊断的核酸检测越来越感兴趣。荧光和放射性检测读出方法(如PCR，PT-PCR，分子印迹法，以及高密度微阵列法等)是传统的核酸检测方法。金纳米粒子比色法已经被证明是核酸目标链检测方面的一种极具竞争力的检测技术。在金纳米粒子比色法中，待检测目标物直接
纳米技术在高分子材料改性中的应用
纳米技术在高分子材料改性中的应用 （南通大学化学化工学院高分子材料与工程132 朱梦成1308052064 ） [摘要] 纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。 [关键词] 纳米技术；高分子材料；改性；应用 1纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响 1.1纳米粒子的特性 纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。 1.1.1表面与界面效应 纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。 1.1.2小尺寸效应 当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度
纳米技术在高分子材料中的应用
2013年11月（下） [摘要]当材料尺寸无限减小，达到纳米级别时材料将显现出有独特的效应如：小尺寸效应、量子尺寸效应和表面效应等，这些效应与聚合 物密度小，耐腐蚀、易加工等优良特性有机结合，便形成了一类新型功能高分子材料。本文综述了纳米技术在塑料、橡胶、纤维三类高分子材料中的典型应用。 [关键词]纳米高分子材料；纳米塑料；纳米橡胶 纳米技术在高分子材料中的应用 丰艳兰 曾小飞 （华东交通大学理工学院，江西南昌330010） 纳米技术一词从提出到发展只有二十几年的时间，它的提出掀起了科技届的研究浪潮，有专家预言它必将引领新时代的科技变革，于是世界各国、地区都积极制定计划，加强投入，力争占领科技至高点。近年来，随着纳米技术的成熟与改善，国内外对于聚合物基纳米复合材料的研究已显现成效。高分子基纳米复合材料是各种纳米结构单元与有机高分子材料复合形成的一种新型材料，常见的纳米高分子基复合材料有：纳米复合塑料、纳米复合橡胶、纳米复合纤维。 1纳米复合塑料 纳米复合塑料是指塑料中分散了纳米级尺寸的超微细分散相，分散相为聚合物时，称为聚合物分子纳米复合塑料；分散相为无机填料时，称为无机填料纳米复合塑料，研究较多的是无机填料作为分散相。众所周知，塑料作为一种用途广泛的材料有着自身的缺点：如强度较差、不耐老化、透气性差等。发展纳米复合塑料可以很好地改善这些方面的性能。 1）无机纳米材料复合塑料能够很好地改善塑料的强度，起到增强增韧的效果。比如在尼龙塑料当中增加少量的纳米粘土生产的纳米复合塑料，既保持了产品的塑性，又提高了它的刚性和强度，更提高了它的抗弯能力，可以作为车体材料进行使用。 2）使用纳米添加剂改善的塑料制品可以大大提高抗老化能力，塑料的老化主要原因是光老化，将纳米TiO 2等粒子填充到塑料基体当中，纳米TiO 2可以很好地吸收紫外线，降低紫外线对塑料的破坏，提高塑料制品的抗老化能力。比如用添加0.1％~0.5％的纳米TiO 2制成的透明塑料包装材料包装食品，可以减少紫外线对食品营养成分的损失，保持食品的营养价值。 3）可以赋予塑料一些新的功能。比如在农膜的使用当中，有一种纳米转光膜，它就是利用纳米技术，在农膜塑料生产过程中添加纳米黏土，这种农膜被称为纳米转光膜，由于纳米黏土的存在，它能够很好地强化、放大有利于农作物生产的特征光，而过滤掉不利于农作物生长的光，从而大大促进农作物的光合作用，使农作物果实更大更有营养。 2纳米复合橡胶 纳米橡胶是指尺寸在1~100的纳米无机粒子分散在连续相橡胶基体中构成的复合材料。利用纳米粒子作为补强材料填充到橡胶中，可以很好地发挥纳米粉体的小尺寸效应、量子效应等表面效应，提高粉体与橡胶大分子间作用力的，弥补界面区化学作用力的缺乏，从而增强对橡胶的补强效果。赋予橡胶制品更高的性能，延长橡胶制品的使用寿命。现有研究表明，纳米黏土复合橡胶能够很好地提高材料的模量、硬度和强度，提高橡胶的气体阻隔性、耐油、阻燃性能。Si 3N 4陶瓷粉体分散在橡胶中，能很好地发挥Si 3N 4的高化学稳定性、优良的机械性能和介电性能。 3纳米复合纤维 纳米纤维有广义和狭义之分，狭义的纳米纤维指纤维直径为纳米量级的超细纤维，广义的纳米纤维还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。目前国内外开发的热点是后者；所采用纳米颗粒的性能不同，可开发各种不同的功能性纤维。 1）可用于开发抗菌纤维产品，将具有抗菌作用的成分：银离子、铜离子、锌离子等微粒离子及其化合物通过物理吸附离子交换等方法制成抗菌剂，填充至纤维材料中，金属离子在低浓度下可以破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性，从而起到抗菌作用。这种抗菌纤维常用来制作手术服、护士服、手术巾等医疗用品，还可制造衣物、鞋袜等生活用品。 2）可用于开发紫外线防护纤维，将ZnO 、SiO 2等纳米粉体利用共混纺丝法或后整理法制得防紫外线纤维或织物。纳米材料可做紫外线屏蔽剂，主要是因为纳米粒子的尺寸比紫外线相当或更小，小尺寸效应导致其对紫外线的吸收更强。通过以上方法制得的紫外线防护纤维可广泛用于制造遮阳伞、遮阳冒、泳衣、防晒服等。 3）可用于开发远红外纤维。研究表明，将具有较高远红外发射率的陶瓷微粉加入到高分子聚合物中，经纺丝加工可制成远红外纳米纤维，其中的纳米粒子可以有效地吸收材料本身释放的远红外射线，从而达到促进血液循环，调节新陈代谢的保温保健功能。同样，由于纳米粒子可以很好地吸收电磁波，这种纤维材料还可以用于制作军用服装。 4）可用于开发超双疏织物。对织物进行纳米表面处理，使之形成纳米尺寸的凹凸结构，利用纳米结构的表面效应可以实现既疏水又疏油的超双疏性。 纳米技术作为一项高新技术在材料领域有着非常广阔的应用前景，而高分子材料作为发展最快、品种多样、应用广泛、价廉性优的一类材料，加强两者结合的有机结合，可实现开发高性能高分子材料的现实意义。 作者简介：丰艳兰，1982年生，女，江西丰城人，华东交通大学理工学院助教，本科学历，研究方向为新材料应用研究；曾小飞，1983年生，男，江西丰城人，华东交通大学理工学院助教，研究生学历，研究方向为材料科学的发展及应用。 [参考文献] [1]肖亚航.纳米塑料的性能及应用前景[J].黑龙江科技信息,2010. [2]施利毅.纳米材料在高性能橡胶开发中的应用进展[J].中国橡胶,2007.[3]白鸟世明.高功能纳米复合纤维[J].产业用纺织品,2009. 112
大肠杆菌合成金纳米粒子复合催化剂性能研究
大肠杆菌合成金纳米粒子复合催化剂性能研究 2016-08-01 13:16来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 Au@TiO2催化剂的TEM照片自上世纪八十年代Hutchings和Haruta等发现金催化剂具有高催化活性以来, 金催化剂的研究受到密切关注, 目前已取得很大进展. 但金催化剂很少用于工业应用. 原因之一是由于金粒子的聚集长大及表面碳酸盐物种的积累而导致金催化剂易于失活. 如何有效阻止金粒子的聚集, 提高金催化剂的稳定性已成为目前亟待解决的问题. 近年来, 金属纳米粒子与DNA、蛋白质、壳聚糖等生物大分子的相互作用及其自组装研究引起人们的密切关注. Baron等评述了以DNA、蛋白质等生物分子为模板合成Au、Ag纳米粒子和纳米线的研究进展. 这种材料既可以通过生物分子的识别和催化功能来改善金属纳米粒子的电学、光学和催化性能, 也可以通过改性金属纳米粒子来改善生物分子的某些性能. Horovitz等发现柠檬酸钠还原的金纳米粒子与大麦糊粉层细胞提取的蛋白质之间存在静电作用. 杨芳等研究了藻蓝蛋白对Au3+离子的原位还原和纳米Au0形成的动态过程, 发现藻蓝蛋白的紫
外特征吸收峰强度随Au3+离子浓度的增加和放置时间的延长而降低, 其荧光发射峰和荧光激发峰也呈现衰减趋势, 提出藻蓝蛋白中的半胱氨酸、胱氨酸和色氨酸可将Au3+还原为Au0. 金明善等研究了金纳米粒子和R-藻红蛋白的相互作用, 发现R-藻红蛋白对金纳米粒子有良好的稳定作用. Huang等发现壳聚糖能保护金纳米粒子. 刘克增等制备了金@壳聚糖复合材料, 发现该材料对葡萄糖空气氧化制葡萄糖酸具有良好的催化性能.另一方面, 微生物与金属纳米粒子的研究也日益增多. Gericke等详细评述了各种微生物在制备金纳米粒子方面的研究进展, 认为可以通过调变微生物的生长参数(如培养时间、pH 值、温度等)达到对金纳米粒子形貌和尺寸的控制. 某些菌体如枯草芽孢杆菌、酵母菌、真菌等能够聚集并还原金离子, 已用于金纳米粒子和纳米线的合成. 研究表明, 细胞中的羟基和氨基可作为Au3+的结合位, 而醛基可作为电子供体将Au3+还原成Au0. Kuo等利用大肠杆菌对金离子的还原作用制备了金@大肠杆菌复合材料, 发现这种材料具有很强的生物相容性,可望应用于光热治疗癌细胞方面. 傅锦坤等用细菌将Au/α-Fe2O3上的Au3+还原成Au0, 焙烧后获得的催化剂与浸渍法制备的催化剂相比有较高的CO氧化反应活性.可以看出,目前的研究主要集中于微生物对金属离子的吸附与还原作用以及金属纳米粒子的制备, 而将其用于催化领域的报道较少. 鞭毛是细菌表面的运动器官, 由单一的鞭毛蛋白组装形成螺线管状结构, 鞭毛的长短和数量可以通过改变细菌的培养条件来调控. 最近, Kumara等首次实现了Au、Ag、Cu 等金属纳米颗粒在细菌鞭毛表面的组装. 利用细菌鞭毛为模板制备二氧化钛等无机氧化物纳米管也已获成功. 但尚未见利用此法制备金催化剂的研究. 大肠杆菌为革兰氏阴性短杆菌, 为杆状结构, 具有抵抗力强、易培养等优点. Nomura等以大肠杆菌为生物模板合成了氧化硅的空心纳米管. 烟台大学化学生物理工学院索掌怀等人利用大肠杆菌(DH5α)对金属离子较强的吸附与还原能力制备了Au@DH5α, 再利用大肠杆菌的水分来水解钛酸四丁酯, 得到Au@DH5α -Ti(OH)4样品, 焙烧去除大肠杆菌后得到氧化钛包裹的纳米金粒子催化剂Au@TiO2. 以N2吸附,
高分子纳米生物材料的发展现状及前景
高分子纳米生物材料的发展现状及前景 纳米材料研究都是从20世纪80年代开始的，是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。巨大的需求与技术支撑，使其在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆，筑起21世纪工业革命的基石。而纳米技术作为一项高新技术在高分子材料中有着非常广阔的应用前景，对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义 纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。 1纳米科技与高分子材料的邂逅 高分子材料学的一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来使高分子材料使用性能大幅提升。而纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应能在声、光、电、磁、力学等物理特性方面呈现许多奇异的物理、化学性质。金属、无机非金属和聚合物的纳米粒、纳米丝、纳米薄膜、纳米块体以及由不同组元构成的纳米复合材料,可实现组元材料的优势互补或加强。通过微乳液聚合方法得到的纳米高分子材料具有巨大的比表面积,纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应高分子复合材料对高性能填料的需求,出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能,纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。 高分子纳米复合材料的应用及前景 由于高分子纳米复合材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应,以及粒子的协同效应,而且兼有高分子材料本身的优点,使得它们在催化、力学、物理功能(光、电、磁、敏感)等方面呈现出常规材料不具备的特性,故而有广阔的应用前景利用纳米粒子的催化特性,并用高聚物作为载体,既能发挥纳米粒子的高催化性和选择催化性,又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。 纳米粒子加入聚合物基体后,能够改善材料的力学性能。如纳米A-Al2O3/环氧树脂体系,粒径27nm,用量1%~5%(质量分数)时,玻璃化转变温度提高,模量达极大值,用量超过10%(质量分数)后,模量下降[79]。又如插层原位聚合制备的聚合物基有机)无机纳米级复合材料(聚酰胺/粘土纳米复合材料等)具有高强度、高模量、高热变形温度等优点,目前已有产品出现,用作自行车、汽车零部件等[55]。尤其引人注目的是高分子纳米复合材料在功能材料领域方面的应用,包括磁性、电学性质、光学性质、光电性质及敏感性质等方面。 磁性纳米粒子由于尺寸小,具有单磁畴结构,矫顽力很高,用它制作磁记录材料可以提高记录密度,提高信噪比;一般要求与聚合物复合的纳米粒子,采用单磁畴针状微粒,且不能小于超顺磁性临界尺寸(10nm)。 利用纳米粒子的电学性质,可以制成导电涂料、导电胶等,例如用纳米银代替微米银制成导电胶,可以节省银的用量;还可以用纳米微粒制成绝缘糊、介电糊等。另外可用于静电屏蔽材料,日本松下公司应用纳米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半导体特性的氧化物粒子制成具有良好静电屏蔽的涂料,而且可以调节其颜色;在化纤制品中加入金属纳米粒子可以解决其静电问题,提高安全性。 利用复合体系的光学性能,可以制成如下材料:(1)优异的光吸收材料。例如在塑料制品表面上涂上一层含有吸收紫外线的纳米粒子的透明涂层,可以防止塑料
金纳米粒子的局域表面等离子体共振性质与应用研究(湖科大)
项目名称金纳米粒子的局域表面等离子体共振性质与应用研究 推荐单位湖南科技大学 项目综述查看 主要完成人 1.黄昊文 制备了金纳米棒和核壳纳米棒，系统地研究了金属纳米粒子及复合物的局域表面等离子体共振性质；基于局域表面等离子体性质构建高灵敏度的生物传感器，并对血吸虫病、结核病等病患血清等实际生物样品进行了分析检测，取得了较满意的结果；基于局域表面等离子体共振信号的耦合放大效应和纳米复合物的表面等离子体性质的可调性，构建了对汞、银等重金属离子具有高选择性和高灵敏度的纳米化学传感器。本人在10篇代表作论文中排名第一且均为通讯联系人，在该项研究中的工作量占本人工作量的85%。 2.曾云龙 积极参与金纳米棒的局域表面等离子体性质构建高灵敏度的生物传感器，并对实际生物样品处理、分析检测进行设计，对局域表面等离子体性质调控和血吸虫病的分析检测方面做了大量工作；在代表性论文①中排名第三，③中排名第三，④中排名第四，⑥中排名第三，⑦中排名第七，⑧中排名第八，⑨中排名第三，在该项研究中的工作量占本人工作量的70%。 3.廖博 积极参与金纳米棒的局域表面等离子体性质构建高灵敏度的生物传感器，并对实际生物样品处理、局域表面等离子体性质调控和血吸虫病的分析检测方面做了大量工作；在代表性论文①中排名第五，④中排名第六，⑥中排名第五，⑦中排名第六，⑧中排名第七，在该项研究中的工作量占本人工作量的65%。 4.夏晓东 积极参与金纳米棒及核壳纳米棒的制备及局域表面等离子体性质研究，在基于金纳米棒的局域表面等离子体的调控及构建多通道分析方法的建立方面做了大量工作；在代表性论文③中排名第四，⑥中排名第六，⑨中排名第四，在该项研究中的工作量占本人工作量的60%。 主要完成单位湖南科技大学 论文、论著目录查看
高分子纳米材料及其应用
高分子纳米材料（论文）题目：高分子纳米材料及其应用 化工学院学院高分子材料与工程专业 学号0502110202 学生姓名 指导教师 二〇〇一四年十一月
高分子纳米材料及其应用 摘要：高分子纳米材料是一门新兴并且发展迅速的一门科学。其具有很多独特 的性质，应用前景非常广阔。本文主要介绍了高分子材料的性质，同时介绍了高分子纳米复合材料常见的制备方法及其在各个领域的应用。 关键词：性质；纳米复合材料；制备方法；应用 Abstract: Polymer nano-materials is an emerging and rapidly developing research direction. It has many unique properties and broad application. This paper describes the properties of polymer materials, and also introduced preparation method of the polymer nano-composite materials .The paper also introduces its application in various fields. Key words:Properties; Nano-composite materials; Preparation method; Application 1 引言 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。由于纳米材料体系具有许多独 特的性质，应用前景广阔，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学 反应动力学和表面、界面科学等多种学科，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值，所 以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一，被誉为“21世纪最有前途的材料”。[1, 2] 纳米作为一个材料的衡量尺度，其大小为1 nm (纳米) =10~9 m (米)，即十亿分之一米， 大约是10个原子的尺度。最初定义的纳米材料仅仅是指1~100 nm 尺度范围的纳米颗粒及 由他们构成的纳米固体和薄膜。目前，在广义上定义的纳米材料是指三维空间尺度里至少有 一维是纳米尺寸或者由它们作为结构基本单元的材料；根据定义按照空间维度可以将纳米材 料分为三类：(1) 维度为零的纳米材料，是指纳米颗粒、原子团簇等三维空间尺度均在纳米 尺寸的材料；(2) 维度为一的纳米材料，是指纳米线、纳米管等三维空间尺度中有两维是纳 米尺度的材料；(3) 维度为二的纳米材料，是指纳米膜、超晶格等三维空间尺度中仅有一维 是纳米级的材料；[3] 2 纳米材料的性质[4, 5] 物质的尺寸一旦与原子尺寸在同一量级时，其表面电子结构和晶体结构就会发生变化， 导致纳米材料会具备一些表面效应、小尺寸效应等优异特性。 (1)量子尺寸效应。量子尺寸效应又称量子限域效应，当粒子尺寸下降到一定程度时，金属 费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级，以及能隙变宽现象均为量子尺寸 效应。材料或物质的物理性质在很多方面都是由材料的电子结构决定的，当材料尺寸小
3.3 金纳米粒子的生物效应及应用
金纳米粒子的生物效应及应用 1 金纳米颗粒的生物效应 1.1 吸附蛋白 由于具有较高的表面自由能，因此，金纳米颗粒会吸附血液中的蛋白，在其表面形成一层蛋白冕(protein corona)，以降低其表面的自由能。金纳米颗粒表面的蛋白冕可以分为硬蛋白冕(hard corona)和软蛋白冕(soft corona)。硬蛋白冕是指吸附在金纳米颗粒表面的内层蛋白，这一层蛋白的寿命大约有数小时，与周围环境中自由蛋白的交换很慢。软蛋白冕是指与金纳米颗粒作用力较弱的外层蛋白，其与周围自由蛋白的交换速度较快。表面吸附的蛋白在很大程度上决定了金纳米颗粒在体内的命运，包括在各器官及组织中的分布、细胞摄入和清除效率等。 金纳米颗粒的尺寸、形状、表面性质等会影响蛋白的吸附。而表面吸附的蛋白又进一步影响金纳米颗粒的电荷、流体力学尺寸等性质，进而影响金纳米颗粒与细胞的相互作用。 Walkey等人研究了不同尺寸、表面修饰PEG的金纳米颗粒(15 nm，30 nm，60 nm，90 nm)对血清蛋白的吸附，随着金纳米颗粒尺寸和表面PEG密度的增加，表面吸附的蛋白总量逐渐降低。Lacerda等人研究了不同尺寸、柠檬酸修饰的金纳米颗粒对血液中5种重要蛋白的吸附。随着金纳米颗粒尺寸的增加(尺寸不大于50 nm)，蛋白冕的厚度逐渐增加。表面电性也会影响血清蛋白的吸附。Deng等人研究了金纳米颗粒的表面电荷对蛋白吸附的影响。表面带正电和负电的金纳米颗粒对蛋白的吸附量高于电中性的金纳米颗粒。Hutul等人发现，表面带正电和负电的金纳米颗粒对人血清白蛋白的吸附量是相近的。Gagner等人发现，金纳米颗粒的形状影响其对溶解酵素(1ysozyme)和α-胰凝乳蛋白酶(α-chymotrypsin)的吸附。球形金纳米颗粒(11 nm)对两种蛋白的吸附量比金纳米棒(10 nm×36 nm)少一个数量级。两种金纳米材料表面积的差异可能是造成蛋白吸附量差异的原因，因为球形金纳米颗粒的表面积大约是520 nm2，而金纳米棒的表面积是1550 nm2。另外，球形金纳米颗粒较高的表面曲率也可能影响其对蛋白的吸附。Mahmoudi等人发现，超顺磁性氧化铁纳米颗粒表面金壳的粗糙度影响其对血液中蛋白的吸附。表面粗糙的金壳比表面平滑的金壳可以吸附更多的蛋白，原因可能是粗糙的表面与蛋白之间的范德华作用、氢键作用和静电作用更强。除了吸附量的差异，表面平滑和粗糙的金壳吸附蛋白的种类也有明显差异。 1.2 细胞摄入 Chithmi等人研究了HeLa细胞对不同尺寸、长径比的金纳米颗粒的摄入，包括直径为14、30、50、74和100 nm的金纳米球，以及尺寸为40×14 nm和74×14 nm的金纳米棒。
金纳米颗粒的合成
目录 摘要 (2) Abstract (4) 1.引言 (5) 1.1. 传统实验方法 (5) 1.2. 基于纳米颗粒的实验方法 (5) 1.3. FRET和NSET (5) 1.4. 捕光材料—共轭聚合物 (6) 1.5. 实验机理 (7) 1.5.1嵌入染料TO (7) 1.5.2阳离子共轭聚合物PFP (7) 1.5.3 实验过程 (9) 2.实验部分 (9) 2.1. 实验材料 (9) 2.2. 表征 (10) 2.3. 金纳米颗粒的合成 (10) 2.4. 金纳米颗粒的表面功能化 (111) 2.5. 金纳米颗粒表面DNA的固定 (12) 2.6. 表面固定DNA的GNPs的杂化 (12)
2.7. TO和PFP的NSET实验 (12) 2.8. 一个碱基不匹配的双链DNA S1核酸酶切反应的分析 (13) 3.实验结果及分析 (13) 3.1. 以CPPs/GNPs/dsDNA复合物进行的核酸酶探测 (13) 3.1.1. PFP量的优化 (13) 3.1.2. GNPs-DNA量的优化 (14) 3.1.3. S1核酸酶探测 (16) 3.2. 以CPPs/TO/GNPs-dsDNA复合物进行的核酸酶探测 (16) 3.2.1. PFP量的优化 (17) 3.2.2.S1核酸酶探测 (18) 3.3. 用PG作为荧光探针 (19) 结论 (21) 参考文献 (22) 致谢 (24) 摘要
我们使用共轭高分子/金纳米颗粒/染料标记的DNA复合物发展了S1核酸酶的一种新型检测方法，此方法利用了金良好的荧光淬灭性质和共轭高分子的信号放大特性。这种方法是由于纳米材料表面能量转移（NSET）中，能量从供体分子到纳米颗粒表面的转移遵循可预测的约为70-100nm的距离。在此过程中，由于从共轭高分子到嵌入染料进而到金纳米颗粒表面的NSET，不存在S1核酸酶的情况下将观察不到嵌入染料的荧光信号。而存在S1核酸酶的情况下，双链DNA被切离金纳米颗粒的表面，NSET过程中断，从共轭高分子到嵌入染料高效的荧光共振能量转移所得的嵌入染料的荧光得以恢复。 关键词 S1核酸酶分析，共轭高分子（CP），金纳米颗粒（GNPs），DNA，信号放大，纳米材料表面能量转移（NSET），荧光共振能量转移（FRET）
高分子_无机纳米复合材料的研究进展
收稿日期:2002-03-03。 作者简介:严满清,女,25岁,在读研究生,主要从事塑料改性及应用开发方面的研究工作。 高分子/无机纳米复合材料的研究进展 严满清 王平华 (合肥工业大学化工学院高分子科学与工程系,230009) 摘要:详细概述了采用纳米粒子直接填充分散法制备高分子基无机纳米复合材料,对纳米粒子表面处理方法及纳米复合材料的性能及应用进行了介绍。 关键词: 无机纳米粒子 表面处理 纳米复合材料 纳米粒子直接填充分散法 纳米科学与技术是一个跨学科的研究与开发领域,涉及纳米电子学、纳米材料学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米机械学、纳米加工及表征等[1]。由于纳米科学与技术而制得的纳米材料表现出许多与众不同的特殊性质如光吸收性、高混合性、压缩性等,有着广阔的应用前景[2]。因此,纳米材料被称为最有前途的材料。1 纳米材料 纳米结构为至少一维尺寸在1～100nm 区域的 结构,它包括纳米粒子、纳米纤维、纳米薄膜、纳米块状和纳米晶等。纳米粒子,又称超微粒子(ultrafine powders ,简称U FP ),统指1～100nm 的细微颗粒(结晶的或非结晶的)。纳米粒子既不同于微观原子、分子团簇,又不同于宏观体相材料,是一种介于宏观固体和分子间的亚稳中间态物质。当粒子尺寸进入纳米数量级(1～100nm )时,由于纳米粒子的表面原子与体相总原子数之比随粒径尺寸的减少而急剧增大,使其显示出强烈的体积效应、量子效应、表面效应和宏观量子隧道效应。纳米材料指的是纳米结构按一定方式堆积或一定基体中分散形成的宏观材料,包括纳米块状材料和纳米复合材料。制备纳米材料的方法有:化学气相沉积法、物理气相沉积法、机械合金法、液相化学合成法、超声波辐射法。从物质的类别来分,可分为金属纳米材料、无机氧化物纳米材料、无机半导体纳米材料和有机小分子和聚合物纳米材料。纳米材料是一种具有广泛应用潜力的新型材料,纳米材料能全面改善聚合物的综合性能,而且能赋予其奇特的性能,为聚合物的增韧增强改性提供了新的途径[3]。 2 高分子/纳米复合材料的常用制备方法 1984年Roy 和K ormarneni 等首次提出了纳米 复合材料的概念,纳米复合材料也就是纳米级尺寸 均匀分散于聚合物的复合体系。纳米复合材料从复合的维度来分,分为0-1、0-2、0-3、1-1、1-2等类型复合材料。 由于纳米复合材料的分散相与基体相之间的界面积很大,如果分散相和基体相的性质充分结合起来,将大大改进和提高材料的各种力学性质,因为纳米无机粒子,不同于一般无机粒子,它对材料既增强又增韧。例如,在层状无机物中嵌入导电聚合物,可制得导电材料。另外,由于纳米复合材料达到分子水平相容,且相尺寸小于光波长,因而纳米复合材料透明性好。2.1 纳米粒子直接填充分散法 直接填充分散法是指先通过一定的方法如气相法、液相法和直接使用高能机械球磨直接粉碎的固相法等制得纳米粒子,然后将纳米粒子与聚合物组分(单体或聚合物)通过适当方法制得聚合物基无机纳米复合材料。这种方法是制备聚合物基无机纳米复合材料中最简单适用的一种方法。 直接填充分散法制备聚合物基纳米复合材料主要分为: (1) 纳米粒子分散在聚合物中,聚合物可以是溶液或熔体[4],也可以将纳米粒子直接同聚合物粉体用共混方法获得,共混前采取分散剂、偶联剂、表 现 代 塑 料 加 工 应 用 第14卷第5期 Modern Plastics Processing and Applications 2002年10月
金纳米复合材料
纳米复合材料金-聚邻苯二胺的 亲水性行为 摘要 原始的合成路线被描述为制备金-聚邻苯二胺纳米复合材料的一种界面聚合反应路线。合成反应是在有机相-水相界面进行的。结果表明采用四氯金酸作为氧化剂的邻苯二胺(PDA)的聚合反应使得形成的聚邻苯二胺有一种类似纤维的形态，同时被消耗的四氯金酸形成纳米金粒子，其在聚合物中的分散度及稳定性都很好。合成的复合材料在本质上具有纯粹的亲水性，并且在反应介质中它是沉降在水层中的。这种金属聚合物的特点是通过不同的技术，例如紫外-可见光谱和拉曼光谱（UV–vis and Raman spectroscopy )，能够提供这种聚合物化学结构的信息,还能利用电子显微镜观察到复合材料的结构形态 以及金属粒子在复合材料中的分布状况。 关键字：界面聚合反应金-纳米粒子复合金属粒子聚合物透射电子显微镜（TEM）拉曼光谱 1.简介 共轭有机聚合物在现代科学技术中起着非常重要的作用，这是由于其在光学、微电子设备、催化剂、化学传感器、药物递送和储能系统等方面具有潜在的应用前景[1–5]。在具有传导性能的聚合物中，聚苯胺和它的衍生物得到了广泛的研究，这是因为它们具有可控电导率以及和氮链相关的有意思的氧化还原特性[6]。 不同形状和尺寸的金属纳米粒子与导电聚合物结合可以获得大量
的聚合物，这些聚合物具有很有趣的物理性质以及很重要的潜在应用[7]。对于金-聚苯胺复合材料的合成已有报道，就是同时利用双氧水作为氧化剂和还原剂[8]。Pillalamarriet al[9]描述了一种“两步走”的合成方法，也即用10-十二烷基过氧化溴作为金-纳米粒子的稳定剂和苯胺作为反应的氧化剂。运用电化学[10]和辐射分解[11]也能生成一种类似的复合物。Wang et al. [12]描述了用金酸作为氧化剂将苯胺转化为纳米聚苯胺，同时孤立金粒子[12]。我们曾经报道过[13]在甲苯标准溶液中用相转移催化剂的方法合成金-聚苯胺复合材料。结果是几百纳米大小的聚苯胺复合材料里分散的金粒子颗粒的直径却有10-50nm。我们最近又报道了一步合成金-聚邻苯二胺复合材料，而且其金粒子颗粒直径只有 2.5–13 nm[14]。 聚苯胺的衍生物吸引了越来越多的科学注意,因为他们的化学性质同聚苯胺类似，对于双亲聚合物，由于其在普通有机溶剂中具有更好的溶解性，因此更能够增强这些材料的加工能力[15]。Dai et al. [16]有报道过利用氯金酸盐离子的氧化性使邻甲氧苯胺氧化聚合的反应。在那个实验中需要特别注意金-纳米粒子的结构和性质，不需要将过多的注意力放在同时产生的聚合物的形态与性质上。近来，我们实验团队对金-聚邻苯二胺复合纳米复合材料中的金纳米粒子和聚合物的密切联系做了详细报道[17]。在这种情况下，直径小于2nm的金粒子能够很好地分布在纤维状的聚邻苯二胺纳米复合材料中。Sun et al. [18]有报道过在四氯金酸作氧化剂的条件下用PDA的单体合成聚邻苯二胺纳米带。在这个反应中，消耗的四氯金酸形成金粒子，在聚合物和金属粒子间能观察到一个完整的相分离阶段。
高分子纳米复合材料的制备
高分子纳米复合材料的制备 摘要： 纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的材料科学。由于纳米材料体系具有许多独特的性质，应用前景广阔，而且涉及到原子物理、凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面科学等多种学科，在实际应用和理论上都具有极大的研究价值，所以成为近些年来材料科学领域研究的热点之一，被誉为“21世纪最有前途的材料”［1, 2］。 关键词：高分子纳米复合材料，纳米单元，制备 由于纳米微粒尺寸小、比表面积大，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大，表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点，从而使纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性，展示了广阔的应用前景；同时它也为常规的复合材料的研究增添了新的内容，含有纳米单元相的纳米复合材料［5］通常以实际应用为直接目标，是纳米材料工程的重要组成部分，正成为当前纳米材料发展的新动向，其中高分子纳米复合材料［6～10］由于高分子基体具有易加工、耐腐蚀等优异性能，且能抑止纳米单元的氧化和团聚，使体系具有较高的长效稳定性，能充分发挥纳米单元的特异性能，而尤受广大研究人员的重视。 高分子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，所采用的纳米单元按成分分可以是金属，也可以是陶瓷、高分子等；按几何条件分可以是球状、片状、柱状纳米粒子，甚至是纳米丝、纳米管、纳米膜等；按相结构分可以是单相，也可以是多相，涉及的范围很广，广义上说多相高分子复合材料，只要其某一组成相至少有一维的尺寸处在纳米尺度范围（1 nm～100 nm）内，就可将其看为高分子纳米复合材料。对通常的纳米粒子/高分子复合材料按其复合的类型大致可分为三种：0-0复合，0-2 复合和0-3复合，纳米粒子在高分子基体中可以均匀分散，也可以非均匀分散；可能有序排布，也可能无序排布，甚至粒子聚集体形成分形结构；复合体系的主要几何参数包括纳米单元的自身几何参数，空间分布参数和体积分数，本文主要涉及后两种类型的高分子纳米复合材料。此外，还有1-3复合型，2-3复合型高分子纳米复合材料，高分子纳米多层膜复合材料，有机高分子介孔固体与异质纳米粒子组装的复合材料等等［1］。 纳米单元与高分子直接共混 此法是将制备好的纳米单元与高分子直接共混，可以是溶液形式、乳液形式，也可以是熔融形式共混。可用于直接共混的纳米单元的制备方法种类繁多［15～18］，通常有两种形式的制备：从小到大的构筑式，即由原子、分子等前体出发制备；从大到小的粉碎式，即由常规块材前体出发制备（一般为了更好控制所制备的纳米单元的微观结构性能，常采用构筑式制备法）。总体上又可分为物理方法、化学方法和物理化学方法三种。 物理方法有物理粉碎法，采用超细磨制备纳米粒子，利用介质和物料间相互研磨和冲击，并附以助磨剂或大功率超声波粉碎，达到微粒的微细化；物理气相沉积法（PVD）：在低压的惰性气体中加热欲蒸发的物质，使之气化，再在惰性气体中冷凝成纳米粒子，加热源可以是电阻加热、高频感应、电子束或激光等，不同的加热方法制备的纳米粒子的量、大小及分布等有差异；还有流动液
二氧化钛及其与金属纳米颗粒复合体系研究样本
二氧化钛与金属纳米颗粒复合体系研究 随着纳米技术的不断发展与完善, 其中的一个分支-纳米薄膜也正逐渐拓宽自己 应用领域。纳米薄膜按照用途能够分为两大类即纳米功能薄膜和纳米结构薄膜。前者主要是利用纳米粒子的所具有的光、电、磁特性, 经过复合使新材料具有基体所不具备的特殊物理功能; 后者主要是经过纳米粒子的复合, 提高材料在机械方面的性能。由于纳米粒子的组成、性能、工艺条件等的变化都对复合薄膜的特性有显著的影响, 因此能够在较多自由度的情况下人为的控制纳米复合薄膜的特性, 以获得满足实际需要的薄膜材料。因此功能性的薄膜材料一直是人们研究的热点, 其中纳米 TiO 2 薄膜因其在可见光区透射率高, 折射率大, 化学稳定性高、强度大、硬度高, 已被广泛的应用于光电转换、电致变色窗、太阳能电池、薄膜光波导、光催化、干涉滤波片和抗反射涂层等领域。 人类当前使用的主要能源有石油、天然气和煤炭三种。根据国家能源机构的统计, 地球上这三种能源供人类开采的年限分别只有40年、 50年和240年。因此, 开发新能源, 特别是用洁净能源替代传统能源, 迅速地逐年降低它们的消耗量、保护环境、改进城市空气质量早已成为关乎社会可持续发展的重大课题。太阳能作为清洁干净, 而且供应充分的新能源, 正日益受到关注。光伏电池可直接将太阳能转换成电能, 不但能达到绿色环保的目的, 而且会逐步改变传统能源的结构, 对缓解日常生活中的能源紧张, 改进生态环境具有重大意义。硅基太阳能电池是最终发展起来, 而且也是当前发展最成熟的太阳能电池。经过数十年的努力, 太阳能电池单晶硅的效率已经超过了25%, 在航天工业中起着举足轻重的作用, 但在民用方面还不能和传统能源相竞争。 为了适应太阳能电池高效率、低成本、大规模生产发展的要求, 当前, 世界各地的研究人员不断的对低成本、高效率的硅类和非硅类薄膜太阳能电池技术进行大规模的研究工作, 利用不同的制备方法研制出来的太阳能电池的效率正在不断提高其中的染料敏化电池具有原材料来源广泛、成本低、理论转换效率高等诸多优点[3], 其电极材料是TiO 2薄膜, 因此研究出高性能的TiO 2 薄膜对于染料敏化电池的发展与
有潜力的高分子纳米材料制备技术取得新进展汇总
结晶驱动的聚合物活性自组装作为一种灵活、高效的自组装方法，正逐步发挥其魅力，用于制备各类结构可控的聚合物纳米功能材料。经过不断地探索，科学家们已基本实现对一维聚合物自组装纳米结构的精准控制，通过活性自组装已能够制备形貌均一、尺寸可控、化学组成多样的聚合物柱状胶束。但是，如何通过活性自组装精确、可控地制备二维纳米材料，同时实现复杂的高级结构与功能，依然是聚合物自组装研究领域的一大挑战。最近，英国布里斯托大学Ian Manners教授研究组的邱惠斌博士（现就职于上海科技大学物质科学与技术学院）、高洋博士等人，通过结晶型嵌段共聚物与其对应的结晶型均聚物的协同活性自组装，制备得到了形态规整、尺寸可控、接近单分散的矩形片状胶束。这些片状胶束的壳层呈现特殊的双梯形图案，并可进行选择性交联与溶解，进而构建中空的片状纳米结构体（图1）。 图1. 通过PFS36-b-P2VP502与PFS20协同活性自组装制备得到的矩形片状胶束。 通过多元活性自组装，研究团队进一步设计得到了具有二维同心结构的多嵌段矩形片状共胶束，通过选择性交联技术，可以继续制备完全中空的矩形纳米环（图2）。相比于其他二维纳米材料，这类片状胶束尺寸可调、化学结构丰富、功能组合灵活、胶体稳定性高，为后续构建各类新型二维纳米功能材料提供了良好的平台，有望在生物、催化、光电等领域发挥其重要作用。
图2. 多嵌段矩形片状共胶束与中空矩形纳米环。 Uniform patchy and hollow rectangular platelet micelles from crystallizable polymer blends The preparation of colloidally stable, self-assembled materials withtailorable solid or hollow two-dimensional (2D) structures represents a majorchallenge. We describe the formation of uniform, monodisperse rectangularplatelet micelles of controlled size by means of seeded-growth methods thatinvolve the addition of blends of crystalline-coil block copolymers and thecorresponding crystalline homopolymer to cylindrical micelle seeds. Sequentialaddition of different blends yields solid platelet block comicelles withconcentric rectangular patches with distinct coronal chemistries. These complexnano-objects can be subject to spatially selective processing that allows theirdisassembly to form perforated platelets, such
纳米材料在高分子材料中的应用
纳米材料在高分子材料中的应用 班级:Z090162 学号:Z09016206 姓名:张欢 纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。 一、纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响 1·1纳米粒子的特性 纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。 (1)表面与界面效应。纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。 (2)小尺寸效应。当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度大大改善。 (3)量子尺寸效应。即纳米材料颗粒尺寸小到定值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象。其结果使纳米材料具有高度光学非线性、特异性催化和光催化性质等。 总之,纳米材料能在低温下继续保持顺磁性,对光有强烈的吸收能力,能大量的吸收紫外线,对红外线亦有强烈的吸收能力;在高温下,仍具有高强、高韧性、优良的稳定性等,其应用前景十分广阔,在高分子材料改性中的研究也将出现一个新的发展。 1·2纳米材料的表面改性 纳米材料粒径小,表面能大,易于团聚,在制备纳米材料/聚合物复合材料时,用通常的共混法难以得到纳米结构的复合材料。为了增加纳米材料与聚合物的界面结合力,提高纳米微粒的分散能力,需对纳米材料的表面进行改性。主要是降低粒子的表面能态,消除粒子的表面电荷,提高纳米粒子有机相的亲和力,减弱纳米粒子的表面极性等。一般来说,纳米材料的表面改性可大致分为以下几点:(1)表面覆盖改性。利用表面活性剂覆盖于纳米粒子表面,赋予粒子表面新的性质。常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、硬脂酸、有机硅等;(2)机械化学改性。运用粉碎、摩擦等方法,利用机械应力作用对纳米粒子表面进行激活,以改变表