纳米材料制备研究论文范文

纳米材料制备研究论文范文第1篇

随着时代的发展,现代科学技术给人类带来物质文明的同时,也为环境带来一系列的污染,如织染厂、皮革厂、印刷厂等在工业生产中会产生大量的高浓度废水,它们通常含有很多有毒有害的物质,不经过处理便排放到自然环境中,不仅会对水体造成严重污染,还会对人类以及生物的生存造成严重的危害[1,2,3]。因此,去除工业废水中的有害物质变得越来越紧迫,20世纪70年代初,能源短缺和环境污染问题促进了将太阳能转化成一种可实际使用的新能源引起了人们的关注。1972年日本东京大学Fujishima和Honda在《Nature》刊物上发表了光电池中受辐射的二氧化钛可发生持续的水氧化还原反应而产生氢气和氧气的现象,引起了人们的广泛关注,这一现象被命名为“本多-藤岛效应”[4]。1976年Carey等人利用二氧化钛在紫外光的照射下,可以光催化降解水中污染物(多氯联苯),开启了光催化技术在环境保护方面的广泛应用[5]。经过近五十年的发展,光催化技术的应用范围不断扩展,不仅能够将有机污染物降解为CO2和H2O等无毒无害物质,还能够将水中含有的Cr(VI),Pb(II),Hg(II)等重金属离子还原,最终达到无害化处理的目的,对废水的净化起到了良好效果,引起了各国科学工作者的广泛关注[6]。

BiOBr作为一种高性能的新型光催化半导体材料,其晶体结构为四方氟氯铅矿结构(PbFCl,对称性为D4h,空间群为P4/nmn),可看做是沿着C轴方向的双Br-层和[Bi2O2]2+层相互交替出现,而最终形成的层状结构,双层排列的卤Br离子层由Br原子间是通过非共价键结合,这就导致Br-层和[Bi2O2]2+层之间产生一个内建电场,能够使光生电子和空穴有效的分离,有效的提升光催化降解效率[7]。

另外,BiOBr光催化材料由于对环境友好和化学稳定性逐渐成为了光催化领域内一个热门的研究方向。王亚等人[8]以Bi(NO3)35H2O和PVP为原料采用溶剂热法合成3D分级微球BiOBr,实验表明,3D分级微球BiOBr通过空穴氧化破坏细菌的细胞膜和细胞壁,达到可见光下杀灭细菌的目的。Wang等人[9]在低温条件下通过水解BiBr3制备出了高活性的BiOBr粉末,实验结果证明了该催化剂对被降解污染物没有选择性,并且推测了反应的活性物种和催化机理。Shi等人[10]在PVP辅助下通过溶剂热法合成了具有分级结构的BiOBr,并讨论了溶剂热温度和PVP的加入量的不同对光催化活性的影响,结果表明,PVP加入量的不同对可见光光催化活性有一定的影响。Huo等人[11]以CTAB为溴源、Bi(NO3)3为铋源,利用溶剂热法合成出了花球状的BiOBr粉末,研究了溶剂对于BiOBr形貌的影响,解释不同溶剂下BiOBr的形成机理。

本文通过水热法和溶剂热法制备了BiOBr半导体光催化材料,并利用XRD、UV-Vis漫反射光谱等技术手段对所制备样品的结构、结晶性以及光吸收性能等进行表征。并以罗丹明B为被降解有机污染物,可见光为光源,研究了不同条件下制备出的BiOBr光催化材料的性能。

2.实验部分

(1)BiOBr光催化剂的制备

以硝酸铋(Bi(NO3)35H2O)为铋源,溴化钠(NaBr)为溴源、分别利用水热法和溶剂热法制备BiOBr,考察了不同的实验方法对BiOBr样品纯度的影响以及不同温度对BiOBr样品的光催化性能的影响。

溶剂热法:分别称量1.358g的硝酸铋(Bi(NO3)35H2O)和0.15g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)依次倒入50mL的乙二醇(EG)中,水浴加热80℃搅拌15min使其充分溶解后得到溶液A。然后将0.28812g的溴化钠(NaBr)充分溶解于20mL去离子水中充分溶解后得到溶液B,将溶液B缓慢倒入溶液A中水浴加热搅拌20min得到溶液C,将溶液C转移到100mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压反应釜中,添加去离子水使之达到80%填充体积,放入烘箱中在特定温度条件下反应12h,取出反应釜自然冷却至室温。用去离子水对得到的物质进行过滤、洗涤数次。将得到的粉末样品在80℃下干燥6h得到BiOBr样品。(注:特定温度为140℃、160℃、180℃。)

水热法:将溶剂热法步骤中的有机溶剂乙二醇换成去离子水,水热反应温度设置为160℃,保温时间为12h,其他条件不变。

(2)BiOBr光催化剂的表征

用德国Bruker公司D8 ADVANCE型X射线衍射仪测定BiOBr样品的晶体结构和结晶度(辐射波长=0.154nm,加速电压=40kV,电流=30mA,扫描范围为5～80°)。样品的紫外可见漫反射吸收光谱表征用日本HITACHI公司U-3900H紫外可见分光光度计测试,以硫酸钡(BaSO4)为参照,对所制备的催化剂进行测试,扫描范围为200～800nm。样品的光催化活性测试用日本HITACHI公司U-3900H紫外可见分光光度计测试,以罗丹明B为被降解的有机污染物,采用氙灯搭配420nm光学滤波片,将波长小于420nm的光源滤掉,对所制备的催化剂的性能进行测试,扫描范围为200～800nm。

(3)BiOBr样品的光催化性能测试

配制50mL浓度为15mg/L的罗丹明B溶液,取4mL罗丹明B溶液用紫外-可见分光光度计测定罗丹明B溶液的初始吸光度得到C0。取20mg BiOBr样品加入浓度为15mg/L的罗丹明B溶液中,磁力搅拌暗反应30min后达到吸附-脱附平衡后,再将溶液置于300W,波长大于420nm的可见光下,在灯距液面14cm条件下,进行光催化实验,每隔2min取4mL溶液,用0.22nm的滤头过滤后得到清液,采用紫外-可见分光光度计测定溶液最大吸收波长处的吸光度(罗丹明B的最大吸收波长为554nm)。

3.结果与讨论

(1)X射线衍射(XRD)分析

a为水热法160℃,b为溶剂热法180℃,c为溶剂热法160℃,d为溶剂热法140℃

图1为不同温度,反应时间为12h,反应条件分别为水热法160℃、溶剂热法180℃、溶剂热法160℃、溶剂热法140℃下合成的BiOBr样品的XRD图谱,衍射角2θ=25.198,31.718,32.241,46.241,57.162分别与BiOBr标准的PDF卡片(PDF#78-0348)的(101),(102),(110),(200),(212)晶面对应,其晶胞参数:a=b=3.92nm,c=8.11nm。对比后可以发现不同反应条件下合成的样品与标准的PDF卡片基本一致,说明制备出的样品空间群为P4/nmm,晶系为四方晶系的BiOBr样品。但b样品衍射线在2θ=27.5°左右时出现Bi单质的杂峰,分析可知,此峰是因为乙二醇在温度过高的情况下发生还原反应生成的Bi单质。

对比水热法和溶剂热法,在反应温度(160℃)相同 (如图中a,c线)对BiOBr样品制备的影响可以看出:溶剂热法160℃合成的BiOBr样品在2θ=32°左右时衍射峰明显高于水热法160℃合成的BiOBr样品,且半峰宽窄,说明溶剂热法160℃合成的BiOBr样品的结晶度高,颗粒较小。而水热法160℃合成的BiOBr样品衍射峰最弱且最宽,说明样品颗粒尺寸较大,结晶性较差。

在溶剂热法中,反应温度(140℃、160℃、180℃)不同(如图中b、c、d线)对BiOBr样品制备的影响可以看出:160℃合成的BiOBr样品衍射峰最高,且衍射峰宽,说明结晶度高。140℃合成的BiOBr样品衍射峰最弱,衍射峰最宽,说明样品颗粒尺寸大。当温度为180℃时合成的BiOBr样品中含有杂质Bi单质,衍射峰较弱,衍射峰较宽。因此,随着温度的升高样品的结晶度也越好,但随着温度的升高使乙二醇的还原性增强,生成了一些杂质对样品的纯度造成了一定的影响。

(2)紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)分析

a为水热法160℃,b为溶剂热法180℃,c为溶剂热法160℃,d为溶剂热法140℃

紫外可见光谱信号的灵敏度比近红外光谱信号高,并且紫外可见光谱的穿透性能可以达到几个毫米,因此紫外-可见漫反射吸收光谱被广泛应用于研究材料光吸收性能。图2为不同反应条件下12h合成的BiOBr样品紫外-可见漫反射图谱。从图2中可以看出,所制备出的:

(a)样品的吸收波长为449.6nm。

(b)样品的吸收波长为456.5nm。

(c)样品的吸收波长为453.1nm。

(d)样品的吸收波长为440nm。

根据半导体光催化材料的光吸收值λg与禁带宽度Eg的关系式:

可以求出不同方法制备出的BiOBr样品(a-d)的禁带宽度分别为2.758eV、2.716eV、2.737eV、2.818eV,这与文献所报道的BiOBr能带范围相一致[12]。由此可以看出不同反应条件对BiOBr样品的禁带宽度的影响很小。BiOBr样品可见光区具有良好的响应能力,因此BiOBr适合在光催化技术中作为可见光光催化剂使用。

(3)光催化性能分析

从图3中可以看出,不同条件下制备出的BiOBr光催化材料降解效率明显不同,其中变化最快的是溶剂热法160℃,反应时间12h合成的BiOBr样品,当光照时间达到16min时已降解罗丹明B的吸光度达到0.049。

根据光催化降解效率公式:

式中:η为催化剂的降解效率,C0为罗丹明B的初始浓度,Ct为光照时间为t时刻的罗丹明B的浓度,A0和At分别为对应的吸光度的值。

根据上述公式可以计算出水热法160℃制备的BiOBr样品催化效率为93.50%,溶剂热法180℃制备的BiOBr样品催化效率为94.71%,溶剂热法160℃制备的BiOBr样品催化效率为95.10%,溶剂热法140℃制备的BiOBr样品催化效率为93.94%。实验表明,用溶剂热法反应,反应时间为12h,反应温度为160℃的条件下制备的BiOBr光催化剂具有较高的光催化效率,这可能由于在此条件下,制备出的样品颗粒较小,结晶度高所导致的,这样XRD实验的结果相一致。

4.结论

本文利用硝酸铋(Bi(NO3)35H2O)为铋源,溴化钠(NaBr)为溴源,分别使用水热法和溶剂热法制备BiOBr半导体光催化材料。通过XRD、UV-Vis DRS对所得样品进行了相关性能的表征分析。配制15mg/L的罗丹明B溶液为有机污染物,用300W,波长大于420nm的可见光照射,研究了BiOBr样品的光催化性能。根据实验结果和相关性能表征分析,得到以下结论:(1)在反应温度160℃,反应时间12h下,溶剂热法合成的BiOBr样品的结晶度高,颗粒小,导致光催化性能较好。(2)在溶剂相同,温度不同所合成的BiOBr样品中,随着温度的升高样品的结晶度越好,因此光催化性能也越好,但由于温度达到180℃,乙二醇的还原性越增强,使合成的样品中生成了杂质,对样品的光催化活性造成一定的影响。

摘要：本文利用水热法和溶剂热法制备了BiOBr半导体光催化材料,并对在不同条件下制备出的BiOBr光催化材料的性能进行了研究。同时采用X-射线衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射谱仪(DRS)等仪器对制备出的BiOBr光催化剂进行了性能表征分析,在可见光的照射下,以罗丹明B为被降解的有机污染物,研究了制备出不同催化剂的光催化活性。实验结果表明,利用溶剂热法在反应温度为160℃、反应时间为12h所制备出的BiOBr光催化材料性能最好。

关键词：BiOBr,光催化材料,性能研究

参考文献

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纳米材料制备研究论文范文第2篇

1 试验部分

1.1 试验试剂

Ag NO3 (选择天津市赢达稀贵化学试剂厂的产品) 、聚乙烯吡咯烷酮 (PVP, K=30, 选择天津市光复精细化工研究所的产品) 、甲酸铵 (选择天津市大茂化学试剂厂的产品) , 均为分析纯。

1.2 试验仪器

T-1000型电子天平 (常熟双杰测试仪器厂) ;恒温磁力搅拌水浴 (巩义市科瑞仪器有限公司) ;CQX25-06型超声清洗仪 (上海必能信超声波有限公司) ;TGL-16型高速离心机 (苏州市莱顿科学仪器有限公司) ;DZF-6020真空干燥箱 (上海向帆仪器有限公司) ;VIS-723型分光光度计 (上海精密科学仪器有限公司) ;透射电子显微镜 (H7650, 日本日立公司) ;X射线衍射仪 (D8 Discover GADDS, 美国Bruker AXS公司) 。

1.3 试验步骤

将试验试剂和仪器准备完毕后, 就可以开始聚乙烯吡咯烷酮还愿法的制备了。试验方法与具体的大批量加工还是存在差异的。为了能够充分保证试验方法贴合实际的情况, 本研究主要制定了以下几项试验步骤:在室内的常温下, 将31.5g/L的PVP溶液加入到17g/L的Ag NO3溶液当中。第二, 利用磁力来搅拌, 达到均匀状态即可。第三, 配置出20ml 0.5mol/L的甲酸铵溶液。配置完毕后, 将甲酸铵的溶液进行搅拌, 按照每分钟55滴的频率, 按照先快后慢的原则, 滴入到PVP与Ag NO3的混合溶液当中。第四, 将混合溶液安置到30℃的恒温磁力搅拌状态下, 反应时间设定在1.5h。第五, 将溶液陈化处理, 陈化时间控制在24h。第六, 陈化后的溶液, 按照9000r/min的频率, 做离心处理, 离心时间设定为20min。第七, 最终的反应产物应用去离子水、无水乙醇进行处理, 分别洗涤3次以后, 做真空干燥的相关处理。第八, 在还原反应的过程中每15 min取样液1次, 稀释后用紫外-可见光分光光度计测试。将少许所制样液添加一定量无水乙醇超声分散后, 用镊子夹取有碳支持膜的铜网在稀释的溶液中捞取2次, 干燥后用透射电子显微镜 (加速电压100k V) 观察纳米银的形貌与分散情况。

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

可以看出, 在2θ为38.1°、44.25°、64.45°、77.25°、81.5°处有明显的衍射峰, 与JCPDS (No 04-0783) 标准卡片数据一致, 分别与 (111) 、 (200) 、 (220) 、 (311) 、 (222) 晶面相对应, 由此可知所制备的单质银呈面心立方晶相。图中衍射峰尖锐表明制备的纳米银具有较好的结晶性。

2.2 样品表征

聚乙烯吡咯烷酮还原法在试验完毕后, 还应该对样品的表征进行分析。相对而言, 聚乙烯吡咯烷酮还原法在使用的过程中, 很多方面都减少了步骤, 以此来避免各种误差的出现。纳米银颗粒并非一般的颗粒, 其对试验的要求较高。如果试验成功了, 那么就代表着样品的表征, 基本上不会出现太大的问题。

结合以往的工作经验和当下的工作标准, 聚乙烯吡咯烷酮还原法的样品表征处理, 集中在以下几个方面:在还原反应的过程中每15min取样液1次, 稀释后用紫外--可见光分光光度计测试。将少许所制样液添加一定量无水乙醇超声分散后, 用镊子夹取有碳支持膜的铜网在稀释的溶液中捞取2次, 干燥后用透射电子显微镜 (加速电压100 k V) 观察纳米银的形貌与分散情况。将所制样液真空干燥, 研磨后用X射线衍射测试纳米银晶相结构, Cu靶, 管电压40k V, 管电流40m A。

3 结语

本文对聚乙烯吡咯烷酮还原法制备纳米银颗粒展开讨论, 从现有的工作来看, 纳米银的制备经过聚乙烯吡咯烷酮还原法, 达到了较高的水准, 纳米银的性质、数量均为出现下降, 同时能够达到产量的提升, 对于我国的化工行业而言, 是一个极大的进步。日后, 我们应该对聚乙烯吡咯烷酮还原法进行深入的研究, 加入更多的措施和方法, 多元化的制备纳米银。

摘要：纳米银作为重要的贵金属纳米材料, 在生产加工中扮演重要的角色。随着各项加工生产技术的进步和产品的多样化, 纳米银在实际的应用中, 也表现出了较多的成绩。但是, 纳米银需求提升时, 生产加工却没有跟上速度, 导致市场上出现了供不应求的状态。为此, 必须对纳米银的制备进行分析。现今, 聚乙烯吡咯烷酮还原法成为了纳米银的主要制备方法, 不仅能够在短时间内大批量的制备, 同时确保了纳米银的性质、质量, 其能够充分满足各个领域的生产制作需求。日后, 应对聚乙烯吡咯烷酮还原法开展深入研究, 在多方面提高纳米银的制备水平。

关键词：聚乙烯,吡咯烷酮,纳米银

参考文献

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[3] 陈思宇, 张峰, 陶玥, 陈宇岳.不同电荷体系纳米银溶液的研究现状[J].沙洲职业工学院学报, 2015, 01:28-33.

纳米材料制备研究论文范文第3篇

1 材料与方法

1.1 实验材料

原材料取自于某超市的废弃甘蔗渣, 将其清洗干净, 经烘箱烘干后粉碎, 用40目筛子筛选后放入干燥器内备用。

1.2 实验方法

称取定量的甘蔗渣倒入三口烧瓶中, 加入纯水, 置于恒温磁力搅拌器中。依次加入引发剂过氧化苯甲酰, 交联剂亚甲基双丙烯酰胺, 以及定量接枝单体苯乙烯, 进行反应。实验中整套实验装置置于通风橱中, 反应过程中保持氮气的匀速通入。反应结束后, 用隔膜真空泵趁热过滤, 将滤出的改性材料放入玻璃培养皿中, 将其置入60℃的烘箱中24h烘干, 烘干后的材料用甲苯进行索氏抽提12h, 用乙醇和纯水冲洗数次后, 放入60℃烘箱中24h烘干, 获得改性材料。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对材料化学改性的影响

将反应时间设定为5h, 添加甲基丙烯酸丁酯接枝单体为18m L、引发剂过氧化苯甲酰0.2g、交联剂量亚甲基双丙烯酰胺0.02g, 然后分别在反应温度为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃条件下, 进行接枝共聚反应, 并依次测定不同反应温度条件下改性材料的吸油量。

从图1可见, 改性后材料的吸油量随着接枝共聚反应温度变化而改变, 当反应温度为30℃时, 改性后材料的吸油量为6.48g/g, 说明接枝共聚反应没有顺利进行。而随着温度的逐渐升高, 改性材料的吸油量也逐渐变大;当温度为40℃时, 改性后材料的吸油量达到最大值为18.23g/g。而当反应温度继续升高时, 改性材料的吸油量不但没有增大, 反而逐渐下降, 原因可能是由于当反应温度过高时, 会加快均聚反应和链的终止反应, 从而导致接枝共聚反应速率下降, 使得制备的改性后材料的吸油率减小。

2.2 反应时间对材料化学改性的影响

将反应温度设定为50℃, 添加甲基丙烯酸丁酯接枝单体为18m L、引发剂过氧化苯甲酰0.2g、交联剂量亚甲基双丙烯酰胺0.02g, 然后分别在反应温度为1h、2h、3h、4h、5h、6h条件下, 进行接枝共聚反应, 并依次测定不同反应时间条件下改性材料的吸油量。

由图2可见, 当反应时间为1h时, 改性后材料的吸油量为5.72g/g, 1h~3h之间改性后材料的吸油效率基本保持不变。而当反应时间达到4h时, 改性材料的吸油量达到最大平衡值为18.46g/g。之后随着时间的逐渐升高, 改性材料的吸油量基本保持不变, 这说明接枝共聚反应已经达到最大平衡。

2.3 接枝单体对材料化学改性的影响

将反应温度设定为50℃, 反应时间为5h, 添加引发剂过氧化苯甲酰0.2g、交联剂量亚甲基双丙烯酰胺0.02g, 然后分别在接枝单体投加量为2m L、4m L、6m L、12m L、18m L、24m L条件下, 进行接枝共聚反应, 并依次测定接枝单体条件下改性后材料的吸油量。

由图3可见, 当接枝单体苯乙烯的投加量为2m L时, 改性后材料的吸油量为8.59g/g。随着接枝单体投加量的逐渐增加, 改性后材料的吸油效率也在逐渐升高, 当接枝单体量为12m L时, 改性后材料的吸油效率达到最大平衡值为17.95g/g。当接枝单体量继续加大时, 材料SMC的吸油量反而下降, 原因可能是由于当接枝单体量逐渐增加时, 引发反应物转变成自由基的速率增加, 链增长速率加快, 接枝率增加;然而当接枝单体量继续加大时, 凝胶效应会使接枝共聚反应局部区域生成的均聚链自由基易与接枝链活性端偶合终止, 使接枝聚合反应效率逐渐减慢以致最后终止。

2.4 引发剂对材料化学改性的影响

将反应温度设定为50℃, 反应时间为5h, 投加接枝单体苯乙烯18m L、交联剂量亚甲基双丙烯酰胺0.02g, 然后分别在引发剂过氧化苯甲酰投加量为0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g条件下, 进行接枝共聚反应, 并依次测定不同引发剂条件下改性材料的吸油量。

从图4可见, 当引发剂过氧化苯甲酰投加量为0.1g时, 改性后材料的吸油量为18.24g/g。随着引发剂量的增加, 改性后材料SMC的吸油率逐渐减小。原因是由于适量的引发剂可以加快反应速率, 然而当引发剂用量增多时, 单位时间内产生的初级自由基量就会加大, 从而使纤维支链的活性终止反应几率加大, 导致接枝共聚反应速率下降。

2.5 交联剂对材料化学改性的影响

将反应温度设定为50℃, 反应时间为5h, 投加接枝单体苯乙烯18m L、引发剂过氧化苯甲酰为0.1g, 然后分别在交联剂量亚甲基双丙烯酰胺投加量为0.01g、0.02g、0.03g、0.04g、0.05g条件下, 进行反应并依次测定改性材料的吸油量。

从图5可以看出, 当交联剂投加量为0.02g时, 改性后材料的吸油量为18.17g/g, 达到最好效果, 原因是适量的交联剂能够增加反应速率, 过量的交联剂会对材料的空间结构产生影响, 从而影响其吸油性能。

3 结语

利用苯乙烯对甘蔗渣纤维素材料进行化学改性, 获得了高效复合吸油材料SMC。高效复合材料制备的最优反应条件参数为:反应温度为40℃, 反应时间为4h, 原材料甘蔗渣为3.00g、接枝单体苯乙烯为12m L、引发剂过氧化苯甲酰为0.1g、交联剂亚甲基双丙烯酰胺为0.02g。

摘要：本文采用接枝共聚法, 以苯乙烯作为接枝单体, 以过氧化苯甲酰为引发剂、亚甲基双丙烯酰胺为交联剂, 对天然废弃甘蔗渣粉末进行化学改性, 确定接枝单体、引发剂、交联剂量以及最适合反应时间、温度等条件, 从而获得了天然复合高效的吸油材料。

关键词：吸油材料,甘蔗渣,改性

参考文献

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纳米材料制备研究论文范文第4篇

二氧化钛(Tio2)，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。TiO2可制作成光催化剂，净化空气，消除车辆排放物中25%到45%的氮氧化物，可用于治理PM2.5悬浮颗粒物过高的空气污染。

自20世纪80年代以来，纳米TiO2由于强的吸收和散射紫外线性能，作为优良的紫外线屏蔽剂，用于防晒护肤品、纤维、涂料等领域。本文分别采用沉淀法和溶胶凝胶法制备二氧化钛纳米颗粒，并对其形貌进行检测和分析。 关键词：二氧化钛 沉淀法 溶胶凝胶法 纳米 形貌 Abstract titanium dioxide(TiO2),usually used for photocatalyst、cosmetic，can disinfection and sterilization by ultraviolet light,now it developed widely,maybe become a new industry in the future.Tio2 can be made into photocatalyst,make the air clean,eliminate 25% to 45% oxynitride from vehicle emissions. Can be used for the treatment of PM2.5 particles of highair pollution. Since the 1980s,nanoTiO2 because it strong performance of Absorption and scattering of radiation,as a good ultraviolet screening agent, Used to prevent bask in skin care products, fiber, coating, etc. Precipitation method and sol gel method are used to synthesis fabricate TiO2 nano materials in the article, and test and analyze the morphology of production. Key words:TiO2

Precipitation method sol gel method nanometer morphology

第一章 绪论 1.1 引言

纳米 TiO2在结构、光电和化学性质等方而有许多优异性能，能够把光能转化为电能和化学能，使在通常情况下难于实现或不能实现的反应(水的分解)能够在温和的条件下(不需要高温高压)顺利的进行。纳米 TiO2具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能，在能源、环保、建材 、医疗卫生等领域 有重要应用 前景 ，是 一种重要的功能材料。 1.2 二氧化钛的结构

TiO2在自然界中主要存在三种晶体结构：锐钛矿型(图1a)、金红石型(图1b)和板钛矿型，而金红石型和锐钛矿型都具有催化活性。锐钛矿型TiO2为四方晶系，其中每个八面体与周围8个八面体相连接(4个共边，4个共顶角)，4个TiO2分子组成一个晶胞。金红石型TiO2也为四方晶系，晶格中心为Ti原子，八面体棱角上为6个氧原子，每个八面体与周围10个八面体相联(其中有两个共边，八个共顶角)，两个TiO2分子组成一个晶胞，其八面体畸变程度较锐钛矿要小，对称性不如锐钛矿相，其Ti–Ti键长较锐钛矿小，而Ti-O键长较锐钛矿型大。板钛矿型TiO2为斜方晶系，6个TiO2分子组成一个晶胞。

1.3二氧化钛的应用

1.3.1基于半导体性质和电学特性的应用领域

TiO2是一种多功能性的化工材料，基于其电磁和半导体性能，在电子工业中有

广泛应用，基于其介电性制造高档温度补偿陶瓷电容器、以及热敏、温敏、光敏、压敏、气敏、湿敏等敏感元件。

TiO2气敏元件可用来检测多种气体，包括H

2、Co等可燃性气体和O2。TiO2气敏元件可用作汽车尾气传感器，通过测定汽车尾气中O2含量，可以控制和减少汽车尾气中的CO和NOx的污染，同时提高汽车发动机效率。 1.3.2基于紫外屏蔽特性和可见光透明性的应用领域 1.3.2.1防日晒化妆品

纳米TiO2，无毒、无味，对皮肤无刺激，无致癌危险性，使用安全可靠;对UVA和UVB都有很好的屏蔽作用，且可透过可见光;稳定性好，吸收紫外线后不分解、不变色。因此被广泛用于防晒霜、粉底霜、口红、防晒摩丝等。 1.3.2.2食品包装材料

紫外线易使食品氧化变质，破坏食品中的维生素，降低营养价值。用含0.1~0.5%纳米TiO2的透明塑料薄膜包装食品，既具透明性，又防紫外线。不仅能从外面看清食品，而且能使食品长时间保存不变质。 1.3.2.3透明外用耐久性涂料和特种涂料

当纳米TiO2用于涂料并达到纳米级的分散时，可作为优良的罩光漆，由于其可见光透明性和紫外光屏蔽特性，因而可大大增加其保光、保色及抗老化(耐候性)性能。这种涂料可用于汽车、建筑、木器、家具、文物保护等领域。利用其吸收远红外和抗远红外探测的性能，制造特种涂料用于隐形飞机、隐形军舰等国防工业中。

1.3.3基于光催化性质的应用领域 1.3.3.1光催化合成

利用纳米TiO2优良的光催化活性，在化学工业中可光催化合成NH3，苯乙烯的环氧化等。这方面的工作还处于研究阶段，尚未工业应用。 1.3.3.2在能源领域的应用

利用纳米TiO2的光催化活性，可做成太阳能电池(光电池)将太阳能转变为电能。还可以光催化分解水制氢(氢是一种最清洁、无污染，又便于利用的新能源)，将太阳能转变成化学能。目前的问题是光利用率和产率太低，需继续研究解决。

1.3.3.3在环保领域的应用

这是最有希望、最有前途的一个领域。纳米TiO2作为光催化剂，在环保领域中的应用是当前研究的一个重点和热门课题。利用它治理污染，具有能耗低，操作简便，反应条件温和，无二次污染等优点。纳米TiO2用于废气处理，可使工业废气脱硝、脱硫和使CO转化为无害的N

2、CO

2、H2O等，可制造环保用废气转换器。

1.3.4基于颜色效应的应用领域

将纳米TiO2与闪光铝粉和云母钛珠光颜料拼配使用制成的涂料具有随角异色效应，作为金属闪光面漆涂装在小汽车上，将产生富丽雅致的效果。这是纳米TiO2最重要，最有前途的应用领域之一。 1.3.5基于表面超双亲性和表面超疏水性的应用

利用玻璃基体上的纳米TiO2涂膜在紫外光照射下具有表面水油超亲合性，可使表面附着的水滴迅速扩散展开成均匀的水膜，从而防雾、防露，维持高度的透明性，不会影响视线，制成建筑物窗玻璃、车辆挡风玻璃、后视镜、浴室镜子、眼镜镜片，测量仪器的玻璃罩等，能保证车辆交通安全和各种用途玻璃的能见度。

又在氟树脂中加入纳米TiO2后，其表面与水的接触角可达160度，显示出超疏水特性，就如同荷叶上的水珠一样，可使之具有防雪、防水滴、防污等特性，从而在某些领域中具有特殊用途。 1.4合成制备纳米二氧化钛的方法

近年来，伴随着全球环境污染日益严重，纳米半导体光催化剂材料一直是材料学和光催化学研究的热点。 目前 ，比较简单的半导体光催化剂有TiO

2、SnO

2、Fe2O

3、MoO

3、WO

3、PbS、ZnS、ZnO 和CdS 等 ，纳米TiO2因其具有性质稳定、抗光腐蚀性强、耐酸碱腐蚀性强、原料丰富等优点。

目前，制备纳米TiO2粉体的方法有很多，按照所需粉体的形状、结构、尺寸、晶型、用途选用不同的制备方法。根据粉体制备原理的不同，这些方法可分为物理法、化学法和综合法。无论采用何种方法，制备的纳米粉体都应满足以下条件： 表面光洁;粒子的形状及粒径、粒度分布可控;粒子不易团聚;易于收集;热稳 定性好;产率高。

1.4.1物理法

物理法是最早采用的纳米材料制备方法，其方法是采用高能消耗的方式，“强制”材料“细化”得到纳米材料。物理法的优点是产品纯度高。 1.4.1.1气相蒸发沉积法

此法制备纳米TiO2粉体的过程为: 将金属Ti 置于钨舟中，在( 2 ～ 10) 102 Pa 的He 气氛下加热蒸发，从过饱和蒸汽中凝固的细小颗粒被收集到液氮冷却套管上，然后向反应室注入5 103 Pa 的纯氧，使颗粒迅速、完全氧化成TiO2 粉体。利用该方法制备的TiO2纳米粉体是双峰分布，粉体颗粒大小为14 nm。 1.4.1.2蒸发-凝聚法

此法是将将平均粒径为3μm的工业TiO2轴向注入功率为60 kW的高频等离子炉Ar-O2混合等离子矩中，在大约10 000 K的高温下，粗粒子TiO2汽化蒸发，进入冷凝膨胀罐中降压，急冷得到10～50 nm的纳米TiO2。 1.4.2化学法

化学法可以根据反应物的物态，将其划分为液相化学反应法、气相化学反应法和固相反应法。此类方法制造的纳米粉体产量大，粒子直径可控，也可得到纳米管和纳米晶须，同时，该法能方便地对粒子表面进行碳、硅和有机物包覆或修饰处理，使粒子尺寸细小且均匀，性能更加稳定。 1.4.2.1液相化学反应法

该方法是生产各种氧化物微粒的主要方法，是指在均相溶液中，通过各种方式溶质和溶剂分离，溶质形成形状、大小一定的颗粒，得到所需粉末的前驱体，加热分解后得到纳米颗粒的方法。液相化学法制备纳米TiO2又分为溶胶-凝胶法、水解法、沉淀法、微乳液法等。

溶胶-凝胶法( Sol - gel 法) 是以钛醇盐为原料，在无水乙醇溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经干燥、烧结处理即可得到纳米TiO2粒子。此法制得的产品纯度高、颗粒细、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低，但凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。

水解法是以TiCl4( 化学纯) 作为前驱体，在冰水浴下强力搅拌，将一定量的TiCl4滴入蒸馏水中，将溶有硫酸铵和浓盐酸的水溶液滴加到所得的TiCl4水溶 5

液中搅拌，混合过程中温度控制在15 ℃，此时，TiCl4的浓度为1.1 mol /L，Ti4 + /H+ = 15，Ti4 + /SO2 -4 = 1 /2。将混合物升温至95 ℃并保温1 h 后，加入浓氨水，pH 值为6 左右，冷却至室温，陈化12 h 过滤，用蒸馏水洗去Cl-后，用酒精洗涤3次，过滤，室温条件下将沉淀真空干燥，或将真空干燥后的粉体于不同温度下煅烧，得到不同形貌的TiO2粉体。利用该方法制备的TiO2粉体，粒径仅为7 nm，且晶粒大小均匀。在制备过程中探讨了煅烧温度对粉体的影响，水解反应机理、水解温度对结晶态的影响，硫酸根离子对粉体性能的影响等问题。

沉淀法是向金属盐溶液中加入某种沉淀剂，通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地析出，从而使金属离子共沉淀下来，再经过过滤、洗涤、干燥、焙烧而得到粒度小分布窄、团聚少的纳米材料。赵旭等采用均相沉淀法，以尿素为沉淀剂，控制反应液钛离子浓度、稀硫酸及表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的用量，制备的粒子为20 ～ 30 μm 球型TiO2粒子，该粒子晶体粒径在纳米范围内5 ～ 208 nm。

微乳液法是近年来发展起来的一种制备纳米微粒的有效方法。微乳液是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相制备纳米材料的方法。乳液法可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内形成一个球形颗粒，避免了颗粒之间进一步团聚。 1.4.2.2 气相化学反应法

气相热解法。该方法是在真空或惰性气氛下用各种高温源将反应区加热到所需温度，然后导入气体反应物或将反应物溶液以喷雾法导入，溶液在高温条件下挥发后发生热分解反应，生成氧化物。1992 年日本Tohokuoniuemi - tu 采用高频感应喷雾热解法以钛氯化物( 如TiCl4) 为原料制备得到四方晶系纳米TiO2 粉末。

气相水解法。日本曹达公司和出光产公司制备纳米氧化钛采用的技术方法主要是以氮气、氦气或空气等作载体的条件下，把钛醇盐蒸汽和水蒸气分别导入反应器的反应区，在有效反应区内进行瞬间混合，同时快速完成水解反应，以反应温度来调节并控制纳米TiO2的粒径和粒子形状。此制备工艺可获得平均 6

粒径为10 ～ 150 nm，比表面积为50 ～ 300 m2 /g 的非晶型纳米TiO2。该工艺的特点是操作温度较低，能耗小，对材质纯度要求不是很高，并在工业化生产方面容易实现续化生产。其主要化学反应为：

nTi( OR)4( g) + 4nH2O( g) nTi( OH)4( S) + 4nROH( g)

nTi( OH)4( S) nTiO2H2O( s) + nH2O( g)

nTiO2H2O( s) nTiO2( s) + nH2O( g) 1.4.3综合法 1.4.3.1 激光CVD 法

该方法集合了物理法和化学法的优点，在80 年代由美国的Haggery 提出，目前，J David Casey 用激光CVD 法已合成出了具有颗粒粒径小、不团聚、粒1.4.3.2 等离子CVD 法

该方法是利用等离子体产生的超高温激发气体发生反应，同时利用等离子体高温区与周围环境巨大的温度梯度，通过急冷作用得到纳米颗粒。该方法有两个特点:

( 1) 产生等离子时没有引入杂质，因此生成的纳米粒子纯度较高; ( 2) 等离子体所处空间大，气体流速慢，致使反应物在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热和反应。 1.5本课题研究的目的和意义

如上所述，纳米二氧化钛以其特殊的性能和广阔的发展前景引起科学家们的广泛关注。以其独特的表面效应、小尺寸效 应、量子尺寸效应和宏观量子效应等性质,而呈现出许多奇异的物理、化学性质,使其在众多领域具有特别重要的应用价值和广阔的发展前景。纳米二氧化钛是20世纪80年代末发展起来的一种新型无机化工材料，它具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等性能，纳米TiO2是当前应用前景最为广泛的一种纳米材料, 具有很强的吸收紫外线能力, 奇特的颜色效应, 较好的热稳定性, 化学稳定性和优良的光学、电学及力学等方面的特性。其中锐钛矿型具有较高的催化效率, 金红石型结构稳定且具有较强的覆盖力、着色力和紫外线吸收能力。因而倍受国内外研究学者的关注。

纳米TiO2具有许多优异的性能，不仅具有优异的颜料特性高遮盖率、高消 7

色力、高光泽度、高白度和强的耐候性外，还具有特殊的力学、光、电、磁功能;更具有高透明性、紫外线吸收能力以及光催化活性、随角异色效应。特别是随着环境污染的日益严重，纳米TiO2高效的光催化降解污染物的能力而成为当前最为活跃的研究热点之一。而其独特的颜色效应、光催化作用及紫外线屏蔽等功能，在汽车工业、防晒化妆品、废水处理、杀菌、环保等方面一经面世就备受青睐。

今年来随着各种技术的发展，纳米TiO2已应用在多种领域中，但由于其在环境治理中有其独特的优点，所以其在环保领域会更有大发展。

众所周知，二氧化钛的组成结构、尺寸大小和形貌特征等因素对其性质影响较大，实现二氧化钛的应用不仅需要充分发挥其本征性质，还可以通过尺寸和形貌控制对其性质进行调控。本文主要是研究使用不同制备方法，在不同条件下制备不同形貌的纳米二氧化钛。 第二章 原材料及表征 2.1试剂及仪器 2.1.1主要试剂

本实验中，所使用的主要试剂如表2.1所示

所有试剂均未经进一步的处理，实验所用水为蒸馏。 2.1.2主要实验仪器

表2.2所示是本实验中所用主要仪器设备及测试所用的大型仪器。 2.2样品的表征

扫描电子显微镜的基本结构如图2.1所示，扫描电子显微镜以炽热灯丝所发射的电子为光源，灯丝发射的电子束在通过栅极之后，聚焦成电子束。在加速电压作用下，通过三个电磁透镜组成的电子光学系统，之后汇聚成直径约几十个埃的电子束照射到被观测样品表面。电子束与样品作用，产生不同的电子其其他射线，如二次电子、背散射电子、透射电子、吸收电子及X射线等。这些信号在经收集器吸收后，传输到放大器，经放大器放大，送至显像管，显示出样品的形貌。在扫描电子显微镜表征样品表面形貌时，用来成像的信号主要是二次电子，所谓二次电子，就是指电子束光源与样品作用，样品中的价电子受激发而脱离出来的电子。本实验中，采用中国科仪公司的KYKY-2800B型的扫描 8

电子显微镜对对样品的表面形貌进行表征，扫描电子显微镜的加速电压为20KV。

纳米材料制备研究论文范文第5篇

1.电弧放电法

电弧放电属于使用较高温度(高于1700℃)进行碳纳米管合成的方法,与其他技术相比,电弧放电通常会导致具有较少结构缺陷的碳纳米管生长。

以多壁碳纳米管为例,在确保所有生长条件的情况下,多壁碳纳米管的电弧放电合成非常简单。最常用的方法是在充满大气压氦气的室内,在两个通常为水冷的石墨电极之间使用DC电弧放电,该电极的直径在6-12mm之间。然而,也有使用氢气或甲烷作反应环境的其他一些实验。例如,Ebbesen和Ajayan使用了标准电弧放电技术的一种变体,Iijima也将其用于He反应环境下的富勒烯合成,以获得大规模的碳纳米管合成。在一定条件下,可获得高产率的纯纳米管和纳米级颗粒。纯度和产率敏感取决于反应容器中的气压[8]。Wang等人表明,不同的气氛明显影响碳纳米管的最终形态。他们使用He和甲烷中的石墨电极的DC电弧放电。通过在高压CH4气体和高电弧电流下蒸发,获得了点缀有许多碳纳米粒子的厚纳米管。另一方面,对于直径为6mm的阳极,在CH4气压为50Mm Hg且电弧电流为20A的条件下,可获得细而长的多壁碳纳米管[9]。发现在CH4气体中蒸发的情况比在He气体中的碳纳米管形态变化更明显[10]。不同的工作中,Zhao等人用氢气气氛制备细而长的多壁碳纳米管。通过与氦气和甲烷气体进行比较,发现差异很大。也就是说,H2气体中几乎没有碳烟,但是在CH4和He气体中的蒸发中观察到更多的碳烟[11]。在三种有机气氛(乙醇,丙酮和己烷)中的电弧放电所产生的多壁碳纳米管至少比氦气中的多两倍。可以解释如下:与氦相反,丙酮,乙醇和己烷可以被电离,分子可以分解为氢和碳原子。这些离子化的物质可能有助于多壁碳纳米管的合成,因此产生了更高的碳纳米管产量。他们表明,在所有有机分子气氛中,随着压力增加到400Mm Hg,多壁碳纳米管的产量都会增加[12]。Jiang等人。研究了NH3气氛对CNTs电弧放电生长的影响,证明NH3气氛中的电弧放电方法是一种高效的碳纳米管制备方法。他们得出的结论是,NH3气氛与He,H2等其他气氛之间的形状和结构没有显着差异[13]。在此过程中,阳极的消耗比阴极上多壁碳纳米管层的生长要快。因此,在生长过程中必须将表面积为30至110mm2的电极之间的间隙保持在所需的距离内(通常在1-4mm之间)。一个电极的恒定进给确保了这一点,该进给可实现高产量和稳定的电弧放电生长过程。

2.激光烧蚀法

通过脉冲激光沉积工艺(PLD)制备的碳纳米管的性能在很大程度上取决于许多参数,例如:激光性能(能量注量,峰值功率,cw对脉冲,重复频率和振荡波长),碳纳米管的结构和化学组成目标材料,反应室压力和化学成分,缓冲气体的流量和压力,基材和环境温度以及靶材和基材之间的距离。激光烧蚀是PLD的关键步骤,是生产高质量和高纯度单壁碳纳米管的一种较好方法。这种方法由Smalley小组于1995年首次证明[14],其原理和机理与电弧放电相似,不同之处在于能量是由激光撞击包含催化剂材料(通常为镍或钴)的石墨颗粒提供的[15]。几乎所有用于消融的激光都是钇铝石榴石晶体和CO2。但是直到现在,激发波长与单壁碳纳米管的生长机理之间的关系还不清楚。

3.化学气相沉积法

化学气相沉积现已成为生产碳纳米管的标准方法。气相沉积法的主要优点是易于控制反应过程和获得的材料的高纯度等[16]。催化剂在气相沉积法过程中的功能是通过等离子辐射或热分解碳源,并使其新成核以形成碳纳米管。最常用的催化剂是过渡金属,主要是Fe,Co或Ni。有时,传统上使用的催化剂还掺有其他金属,例如铁,钴或镍。关于碳源,在气相沉积法中最优选的是碳氢化合物,例如甲烷,乙烷,乙烯,乙炔,二甲苯,或是它们的混合物,异丁烷或乙醇对于气态碳源,碳纳米管的生长效率在很大程度上取决于烃分解产生的气相中间体与反应性物质和自由基的反应性和浓度。因此,可以预期应该在气相中产生最有效的中间体,该中间体在催化剂表面上具有化学吸附或物理吸附的潜力,可以引发碳纳米管的生长。常用的基材是Ni,Si,SiO2,Cu,铜/钛/硅,不锈钢或玻璃,很少有碳酸钙;测试了石墨和钨箔或其他基材。还测试了一种特殊类型的基材,中孔二氧化硅,因为它可能在引导初始纳米管生长中起模板作用。催化剂纳米粒子的组成和形态对碳纳米管生长的影响可以在Szabo等人的论文中查看[17]。

4.自下而上的有机方法

Li等人首先报道了自下而上的有机方法,该方法将垂直等离子体增强化学的气相沉积法生长的多壁碳纳米管集成到由图案化催化剂点制造的硅集成电路中的多层互连中[18]。当前用于碳纳米管制造的合成方法会产生具有不同物理性质的结构的混合物。Jasti和Bertozzi证明了可控制手性的碳纳米管合成,这依赖于利用箍状碳大环(即保留有关手性和直径信息的碳纳米管小片段)作为碳纳米管合成的模板。他们的策略位于两个基本领域:芳香族大环模板的合成和开发聚合反应以将这些模板扩展为更长的碳纳米管。该方法用于合成不同直径的锯齿形和扶手椅状碳纳米管,以及具有各种螺旋间距的手性碳纳米管。

5.火焰热解法

作为使用简单设备和实验条件进行大规模碳纳米管生产的新方法。Liu等人称其为V型热解火焰。他们使用一氧化碳作为碳源,成功地捕获了杂质少、产率高的碳纳米管。乙炔/空气预混合气体通过燃烧提供热量,五羰基用作催化剂,氢气/氦气预混合气体用作稀释和保护气体。获得的碳纳米管的直径大约在10nm-20nm之间,长度为数十微米。此外,他们还研究了采样时间,氢气和氦气对碳纳米管生长过程的影响。

6.结论

尽管目前尚不清楚碳纳米管的生长机理,但新的合成方法用于提高碳纳米管的高产率,高纯度和低缺陷是研究的重点,纳米技术和纳米科学的蓬勃发展推动了这一领域的发展,这些领域具有许多可能的应用前景。在本篇综述中总结了不同的碳纳米管合成方法。

摘要：碳纳米管属于相对较新的纳米材料,已经被人们公知了近30年,但是他们的历史要更长一些。最早在1952年Radushkevich和Lukyanovich[1]观察到并且描述了碳纳米管,后来在1976年由Oberl等人[2]观察到单壁或双壁碳纳米管。1991年,Iijima是第一位在测试一种用于C60碳分子制造的新电弧蒸发方法中描述了多壁碳纳米管制备过程的科学家[3]。1993年,Iijima和Bethune在各自的研究中描述了描述单壁碳纳米管的生长过程[4-5]。单壁碳纳米管由一根石墨烯管组成,而多壁碳纳米管由几根同心的石墨烯管组成,一个石墨管安装在另一个石墨管内。碳纳米管的直径从单壁碳纳米管情况下的几纳米变化到多壁碳纳米管情况下的几十纳米。碳纳米管的长度通常在微米范围内[6]。多壁碳纳米管最简单的例子是双壁碳纳米管,它们结合了单壁碳纳米管的优异性能,因此比简单的单壁碳纳米管具有多个优势(例如,更高的稳定性和刚度或内管和外管的独立掺杂)。[7]自Iijima发现发表以来,碳纳米管因其独特的电,机械,光学,热和其他特性而开始广泛用于许多应用。碳纳米管的应用通常由碳纳米管的结构(壁的数量,直径,长度,手性角等)决定,碳纳米管具有特殊的性能。碳纳米管的可能应用包括导电膜,太阳能电池,燃料电池,超级电容器,晶体管,存储器,显示器,分离膜和过滤器,净化系统,传感器,衣服等。大量的碳纳米管可以使用各种方法生产。它们各自具有一些优点和缺点,导致产生不同的生长结果,因此选择合适的生产方法就显得尤为重要。本研究的目的是简要概述用于碳纳米管合成的方法。

关键词：碳纳米管,合成方法

参考文献

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纳米材料制备研究论文范文第6篇

1 沉积法制备石墨烯/碳纳米管复合材料

1.1 化学气相沉积法

1.1.1 常规化学气相沉积方法

化学气相沉积法 (CVD) 制备石墨烯/碳纳米管复合材料的通常步骤是:首先在铜箔或硅片等基底上面沉积一层石墨烯薄膜, 之后在石墨烯薄膜上面再旋涂或电子束蒸镀一层催化剂 (通常是金属颗粒) 。然后再利用CVD法在催化剂表面直接生长一层碳纳米管, 最后采用化学腐蚀法来合理去除铜箔等基底, 这样就可以得到石墨烯/碳纳米管复合薄材料。

1.1.2 等离子体增强法

等离子体增强法 (PECVD) 就是在常规CVD的基础上形成的制备方式, 其具体原理是:借助微波或者是射频等, 让具有薄膜组成原子的气体进行离子化, 离子化后具有很高的活性, 容易发生反应, 在基片上面渐渐沉积出薄膜。同时由于离子化后的气体可以对催化剂颗粒进行刻蚀, 从而得到更加均匀与更加细小的石墨烯和碳纳米管。和常规CVD法相比较, PECVD法因为反应活性高, 不仅可以在较低的温度下进行化学气相沉积, 而且其沉积速度快, 成膜质量好, 不易龟裂, 因而最近越来越多的学者利用PECVD法来制备石墨烯/碳纳米管复合材料。

1.2 逐层沉积法

逐层沉积法 (LBL) 是利用逐层交替沉积的原理, 利用溶液当中存在的目标化合物和基片表面功能基团之间的弱相互作用 (如静电引力、氢键等) 或者是强相互作用 (如化学键) 来驱使相关目标化合物主动在基板上缔合组成性能稳定、结构完整, 并且存在一些特殊功能薄膜的技术。LBL法的突出优点在于只需改变电解溶液的离子强度和调节溶液的p H值, 就能改变组装膜内吸附分子的链结构和组装膜的表面结构, 可以有效调控石墨烯/碳纳米管复合膜的厚度。

1.3 电脉沉积法

电脉沉积法是非常经济、并且在应用上也非常广泛的一种沉积技术, 其主要原理是:在胶体溶液中对电极施加电压的时候, 带电胶体粒子逐渐移到电极表面放电, 从而形成沉积层[4]。因为其潜在应用价值, 在全部沉积方式中, 电泳沉积被相关人员认为是最吸引人的一种制备方式之一。目前, 电泳沉积法逐渐被广泛地应用在导电基片的沉积薄膜上, 并且利用这种方法制作出来的薄膜具有很多优点, 例如其均质、性好、沉积速率比较高、膜厚易控并且不需要添加粘接剂等。

2 其他方法制备石墨烯/碳纳米管复合材料

2.1 自组装合成法

自组装合成石墨烯/碳纳米管复合材料, 重点是利用静电力让碳纳米管能够吸附于采用聚乙烯亚胺进行修饰的石墨烯表面。相对于传统的自组装方法来说, 两种碳基材料实施旋涂制备出来的石墨烯/碳纳米管复合膜中存在的石墨烯片会出现过于堆积的情况, 使得可控性非常低。而凭借聚乙烯亚胺做稳定剂, 利用肼来还原氧化石墨, 得到石墨烯, 然后将其引入可溶性相关带电聚合链聚乙烯亚胺修饰在石墨烯材料的表面上, 能够让石墨烯材料进行均匀地扩散, 并且石墨烯片上存在的吸附性的聚乙烯亚胺阳离子, 还能够提升石墨烯材料实际的可溶性以及分散性, 同时能够和其他带电负荷的纳米材料进行连续自组装, 实现对膜实际厚度的控制[5]。

2.2 非化学合成法

非化学法合成石墨烯/碳纳米管的复合材料, 把氧化石墨烯胶体和碳纳米管悬浮液之间进行混合, 在冰浴当中进行超声降解2h, 从而得到石墨烯/多壁碳纳米管的复合物, 凭借膜滤器使混合物进行真空过滤成膜, 然后在60℃之下进行真空干燥12h。把干燥后的氧化石墨烯/碳纳米管膜放在管式炉当中, 在300℃、H2气保护之下进行加热2h, 在此过程当中把混合物内部的氧化石墨烯逐渐还原成相关的石墨烯纳米片, 从而制得石墨烯/碳纳米管复合材料。

3 结语

石墨烯及碳纳米管有着非常好的物理化学性质, 因为石墨烯以及碳纳米管之间存在协同效应, 从而使石墨烯/碳纳米管复合材料所具有的导电性以及机械性等性能都得到了极大的提高, 基于人们自身的研究热情越来越高, 并且有越来越多的科研工作者步入这一领域当中, 相信在不久的未来, 石墨烯/碳纳米管复合材料的实际合成方法将会变得更加多样化, 同时在其应用方面, 不但会在能源以及光电器件领域逐渐深入, 并且也会朝着其他领域进行延伸。

摘要：石墨烯以及碳纳米管都属于纳米尺寸的碳材料, 具有非常大的比表面积、良好的机械性能和优良的导电、导热性能。通过合理的方法可以制备出石墨烯/碳纳米管的复合材料, 使它们能够出现一种协同效应, 让各种和物理化学相关的性能得到有效地提高, 所以这种复合材料对于很多领域都有非常大的应用前景。本文主要综述了近年来石墨烯/碳纳米管制备相关进展及主要的制备方法, 为其应用作好了铺垫。

关键词：石墨烯,碳纳米管,复合材料,制备

参考文献

[1] Iijima S.Helical microtubules of graphitic carbon[J].Na-ture.1991, 354:56~58.

[2] Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, et al.Electric fieldeffect in atomically thin carbon films[J].Science.2004, 306:666~669.

[3] 赵冬梅, 李振伟, 刘领弟, 等.石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及应用进展[J].化学学报, 2014, (02) :128.

[4] 杨文彬, 张丽, 刘菁伟, 等.石墨烯复合材料的制备及应用研究进展[J].材料工程, 2015, (03) :136.