本文關(guān)鍵詞：銀螺旋納米帶的形成、微結(jié)構(gòu)和性質(zhì)研究

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【摘要】：貴金屬納米材料以其獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、生物學(xué)、催化等性能受到廣泛的關(guān)注。螺旋結(jié)構(gòu)廣泛存在于自然界,在物理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域特別引人關(guān)注,在光子學(xué)、電學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生獨(dú)特的性能,在微物質(zhì)運(yùn)輸、微流體操縱、遙感、加熱以及機(jī)械鉆孔等方面有潛在應(yīng)用前景。目前文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)獲取納米螺旋材料的方法主要包括自上而下技術(shù)和模板法等。我們發(fā)現(xiàn)了一種通過簡(jiǎn)單置換化學(xué)反應(yīng)得到銀納米螺旋帶的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。具體來說,在導(dǎo)電性較差的基底沉積一定長(zhǎng)度銅納米棒(如玻璃、硅片、碳膜等),隨后將含有硝酸銅和硝酸銀混合溶液滴加到基底上反應(yīng)一段時(shí)間,濾紙吸干水溶液,最后基底可得到大量銀納米螺旋結(jié)構(gòu)。采用光學(xué)顯微鏡(OM)、X射線衍射(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對(duì)所得銀螺旋納米結(jié)構(gòu)分析表征。結(jié)果表明:銀螺旋納米結(jié)構(gòu)為納米帶,外形滿足對(duì)數(shù)螺旋幾何關(guān)系,寬約200 nm,厚約40 nm,長(zhǎng)約數(shù)十微米。在透射電鏡中傾轉(zhuǎn)晶帶軸,對(duì)所得銀螺旋結(jié)構(gòu)不同區(qū)域進(jìn)行選區(qū)電子衍射(SAED)分析。結(jié)果證明銀螺旋線為單晶,生長(zhǎng)過程中生長(zhǎng)方向保持不變。按照具有缺陷的面心立方模型描述其結(jié)構(gòu),其生長(zhǎng)方向是。光鏡下原位觀察銀螺旋生長(zhǎng),整個(gè)生長(zhǎng)過程在10 s內(nèi)完成。通過測(cè)量計(jì)算,我們得到螺旋線生長(zhǎng)長(zhǎng)度約幾十微米,平均生長(zhǎng)速度等達(dá)到約6.4μm/s。結(jié)合已經(jīng)獲得的銀螺旋微觀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和法拉第定律,我們計(jì)算出整個(gè)置換反應(yīng)過程中由于電子傳輸產(chǎn)生的電流密度達(dá)到1-10 A/cm2量級(jí)。研究表明二價(jià)銅離子對(duì)銀螺旋納米材料的生長(zhǎng)速度有很大的影響�；旌先芤褐秀~離子濃度升高或者降低時(shí),產(chǎn)物分別是納米帶或納米片。Zn2+和Co2+離子能產(chǎn)生類似于Cu2+的效果,但是效果較弱,得到不足一圈的銀螺旋結(jié)構(gòu)。其他離子,如Al3+、Cr3+、Mn2+等離子的引入更容易得到片狀銀納米結(jié)構(gòu),而K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Sr2+等對(duì)產(chǎn)物沒有明顯影響。置換反應(yīng)發(fā)生在磁場(chǎng)中,強(qiáng)的外部磁場(chǎng)會(huì)阻止生成螺旋形狀的產(chǎn)物。而在離心力作用下會(huì)使螺旋線纏繞的更緊密,甚至變?yōu)閳A環(huán)。除此之外,還觀察到銀納米帶纏繞成三角形或六邊形的現(xiàn)象。目前,納米尺度下特殊形貌金屬結(jié)構(gòu)都是通過光刻技術(shù)進(jìn)行加工,或者激光直寫與金屬沉積相結(jié)合。然而,這兩種方法技術(shù)復(fù)雜且成本高。本文介紹的制備螺旋結(jié)構(gòu)金屬材料方法簡(jiǎn)單且成本低廉,并為以后設(shè)計(jì)制備特殊納米結(jié)構(gòu)提供了可能。此外,我們?cè)谔剿縻~前驅(qū)體材料制備時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種抗壞血酸水熱法,可以用于草酸鹽、碳酸鹽、金屬銅復(fù)合材料等粉體的制備。以此方法得到了一些稀土草酸鹽。抗壞血酸與硝酸釔水熱法合成草酸碳酸釔粉末,并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射(XRD)、紅外(IR)、熱重(TA)和掃描電鏡(SEM)分析。產(chǎn)物是直徑約100μm的微球。產(chǎn)物加熱后會(huì)分解成碳酸釔,最后在500-800?C分解生成氧化釔。通過XRD和SEM證明煅燒后產(chǎn)物為純相的氧化釔。我們同樣的方法得到了碳酸鑭微球。
【關(guān)鍵詞】：螺旋納米結(jié)構(gòu) 銀納米材料 置換反應(yīng) 稀土草酸鹽
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O614.122;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-27
• 1.1 貴金屬納米材料11-14
• 1.1.1 貴金屬納米材料的基本合成方法11
• 1.1.2 貴金屬納米材料在光學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用11-12
• 1.1.3 貴金屬納米材料催化方面的運(yùn)用12-13
• 1.1.4 貴金屬納米材料在電子工業(yè)中的應(yīng)用13
• 1.1.5 貴金屬納米材料在生物方面的運(yùn)用13-14
• 1.2 螺旋結(jié)構(gòu)納米材料的合成及性能14-20
• 1.2.1 螺旋納米材料的合成14-16
• 1.2.2 螺旋材料物理化學(xué)性能16-17
• 1.2.3 貴金屬納米螺旋材料的合成17-18
• 1.2.4 貴金屬納米螺旋材料的物理化學(xué)性能18
• 1.2.5 貴金屬納米螺旋材料的實(shí)際運(yùn)用18-20
• 1.3 螺旋納米材料的生長(zhǎng)機(jī)理20-23
• 1.4 透射電鏡顯微分析方法23-25
• 1.4.1 TEM成像技術(shù)和電子衍射技術(shù)23-24
• 1.4.2 HRTEM高分辨透射電子顯微技術(shù)24-25
• 1.5 論文選題依據(jù),主要內(nèi)容25-27
• 第2章 實(shí)驗(yàn)研究方法27-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑及制備方法27-28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)表征方法28-31
• 第3章 銀螺旋納米帶的制備、表征和性能研究31-53
• 3.1 引言31-33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)過程及合成方法33-34
• 3.2.1 前軀體銅納米棒的合成33-34
• 3.2.2 硝酸銅與硝酸銀混合溶液的制備34
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)過程34
• 3.3 銀螺旋納米帶的制備及基本表征34-39
• 3.3.1 合成不同銀納米晶產(chǎn)物及光鏡照片34-36
• 3.3.2 不同形狀銀產(chǎn)物的XRD圖譜36-37
• 3.3.3 螺旋形狀銀產(chǎn)物的掃描電鏡和透射電鏡圖37-38
• 3.3.4 銀納米螺旋高分辨表征38-39
• 3.3.5 銀螺旋線的穩(wěn)定性39
• 3.4 銀對(duì)數(shù)螺旋納米材料幾何結(jié)構(gòu)及晶體結(jié)構(gòu)分析39-44
• 3.4.1 銀納米帶原子力顯微鏡分析結(jié)果39-40
• 3.4.2 銀螺旋線幾何性質(zhì)的研究40-41
• 3.4.3 光鏡下觀察銀螺旋線生長(zhǎng)過程41-42
• 3.4.5 銀納米螺旋線晶體結(jié)構(gòu)分析42-43
• 3.4.6 銀納米帶S位置選取電子衍射圖分析43-44
• 3.5 其他銀納米晶產(chǎn)物的合成及銀螺旋線機(jī)理分析44-49
• 3.5.1 銀納米片,納米帶掃描電鏡和透射電鏡分析44-45
• 3.5.2 銀包覆銅納米棒的合成及表征45-46
• 3.5.3 銀納米枝晶的合成及表征46-47
• 3.5.4 硝酸銅濃度的變化和反應(yīng)物銅納米棒長(zhǎng)度對(duì)產(chǎn)物銀納米材料形貌的影響47-48
• 3.5.5 銀納米螺旋線生長(zhǎng)機(jī)理研究48-49
• 3.6 外場(chǎng)對(duì)銀螺旋線的生長(zhǎng)及展望49-52
• 3.6.1 水溶液中銀螺旋線立體結(jié)構(gòu)研究49
• 3.6.2 離心力、磁場(chǎng)作用下銀產(chǎn)物的自組裝49-52
• 3.7 小結(jié)52-53
• 第4章 草酸碳酸釔的水熱合成53-65
• 4.1 引言53-54
• 4.2 草酸鹽或碳酸鹽的合成54-55
• 4.2.1 稀土草酸碳酸鹽的合成方法54
• 4.2.2 其他化合物的合成方法54-55
• 4.3 草酸碳酸釔產(chǎn)物表征55-61
• 4.4 其他化合物的合成及表征61-63
• 4.5 小結(jié)63-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文73-75
• 致謝75

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本文編號(hào)：1075788