本文選題：納米顆粒　切入點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)　出處：《太原理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：在納米材料的制備和應(yīng)用過(guò)程中常常涉及到納米顆粒的結(jié)構(gòu)相變,并且其結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)和相應(yīng)塊狀相比有很大的差別,而這種差別取決于納米顆粒的粒徑大小。而目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于固-液相變對(duì)粒度依賴(lài)性的研究較多,關(guān)于固-固相變對(duì)粒度依賴(lài)性的研究卻很少;關(guān)于相變溫度對(duì)粒度依賴(lài)性的研究較多,關(guān)于相變焓、相變熵與粒徑的關(guān)系研究較少,關(guān)于形貌對(duì)結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律未見(jiàn)報(bào)道。因此,從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面研究結(jié)構(gòu)相變對(duì)粒度的依賴(lài)性有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。首先,本文通過(guò)定義表面化學(xué)勢(shì),推導(dǎo)出納米顆粒相變的普遍化方程,利用結(jié)構(gòu)相變從表面開(kāi)始的結(jié)構(gòu)相變模型,分別導(dǎo)出了結(jié)構(gòu)相變溫度、結(jié)構(gòu)相變焓、結(jié)構(gòu)相變熵與粒徑的熱力學(xué)關(guān)系式,并討論了粒度和形貌對(duì)納米顆粒結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。其次,本文在實(shí)驗(yàn)上選擇納米鐵酸銅、納米氧化鐵顆粒的結(jié)構(gòu)相變作為研究體系。通過(guò)不同方法的比較,最終采用高溫固相法制備不同粒徑的四方相納米鐵酸銅,采用水熱法和溶劑熱法制備不同粒徑、不同形貌的γ-納米氧化鐵,并通過(guò)X射線衍射儀表征了樣品的平均粒徑和晶型,通過(guò)掃描電鏡表征了樣品的形貌,采用差示掃描量熱儀測(cè)定了不同粒徑納米鐵酸銅四方-立方結(jié)構(gòu)相變以及納米氧化鐵γ-α結(jié)構(gòu)相變的DSC曲線,進(jìn)而得到了不同粒徑納米鐵酸銅、納米氧化鐵顆粒的結(jié)構(gòu)相變溫度、結(jié)構(gòu)相變焓和結(jié)構(gòu)相變熵;得到了粒度和形貌對(duì)其結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。最后,研究了粒徑對(duì)納米鐵酸銅、納米氧化鐵磁性能和電化學(xué)性質(zhì)的影響。理論結(jié)果表明:(1)粒度對(duì)納米顆粒的結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)性質(zhì)有顯著影響:隨著粒徑的減小,其結(jié)構(gòu)相變溫度、結(jié)構(gòu)相變焓和結(jié)構(gòu)相變熵均隨之減小,并且分別與粒徑的倒數(shù)呈較好的線性關(guān)系。(2)形貌對(duì)納米顆粒的結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)性質(zhì)有顯著影響:同一物質(zhì),等效粒徑相同時(shí),其各個(gè)形貌結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系為球形二十面體十二面體八面體立方體四面體,當(dāng)粒徑趨于無(wú)窮大時(shí),各個(gè)形貌的結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)性質(zhì)與粒徑倒數(shù)的擬合線有相交于一點(diǎn)的趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)采用高溫固相反應(yīng)法,通過(guò)改變煅燒溫度、煅燒時(shí)間、助溶劑的種類(lèi)等因素,可制備出粒徑分布均勻、形貌為類(lèi)球形的四方相納米鐵酸銅,平均粒徑范圍為31.7-79.0nm;采用水熱法,通過(guò)改變水熱溫度、水合肼的量、表面活性劑的種類(lèi)、還原劑的種類(lèi)及反應(yīng)濃度等因素,可制備出大小均一、形貌均一的球形γ-納米氧化鐵,平均粒徑范圍為19.3-60.3nm;采用溶劑熱法,通過(guò)改變氫氧化鈉的量,可制備出八面體納米氧化鐵,平均粒度范圍為78.8-650.9nm。(2)粒度對(duì)納米鐵酸銅和納米氧化鐵的結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)性質(zhì)有顯著影響,并且影響規(guī)律與理論一致。形貌對(duì)納米氧化鐵的結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)性質(zhì)有顯著影響:等效粒徑相同時(shí),球的結(jié)構(gòu)相變溫度、相變焓、相變熵均高于八面體的,與理論結(jié)果一致。(3)納米鐵酸銅和納米氧化鐵均為鐵磁性材料,粒徑對(duì)其磁性能有顯著影響:隨著粒徑的減小,納米鐵酸銅的飽和磁化強(qiáng)度減小,矯頑力增大,剩磁減小;隨著粒徑的減小,納米氧化鐵的飽和磁化強(qiáng)度減小,矯頑力和剩磁均先減小后增大。(4)納米鐵酸銅和納米氧化鐵均屬于贗電容器,其電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)受擴(kuò)散控制。粒度對(duì)其電化學(xué)性質(zhì)有顯著影響:隨著粒徑的減小,納米鐵酸銅的峰電流逐漸增大,氧化峰和還原峰電位均正移,電位差增大,接觸電阻減小;隨著粒徑的減小,納米氧化鐵的峰電流逐漸增大,氧化峰電位正移,還原峰電位負(fù)移,電位差增大,接觸電阻減小。粒度和形貌對(duì)結(jié)構(gòu)相變熱力學(xué)性質(zhì)、磁性能以及電化學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律,可為納米材料的制備和應(yīng)用提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。
[Abstract]:In this paper , the effects of particle size and morphology on the particle size dependence of nano - particles are studied . The results show that the phase transition temperature , the phase change enthalpy and the phase change entropy of the nano - sized iron oxide particles are studied by means of the differential scanning calorimetry . The results show that : ( 1 ) By changing the amount of calcining temperature , calcining time and the kind of cosolvent , it is possible to prepare spherical 緯 - nano - ferric oxide with uniform size and uniform morphology . ( 3 ) Both the nano - ferrite and the nano - ferric oxide are ferromagnetic materials , and the particle size has significant influence on the magnetic properties . As the particle size decreases , the saturation magnetization of the nano - ferrite is decreased , the coercive force is increased , and the residual magnetism is decreased .

【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1683119