金屬納米顆粒的制備及其表面包覆處理研究.pdf

1、金屬納米顆粒具有與傳統(tǒng)材料不同的奇特性能，如小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)等，這使得其在催化、濾光、光吸收、醫(yī)藥、磁介質(zhì)及新材料等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。但是納米顆粒的體積小，比表面積很大，表面原子占有率高，表面能高，化學(xué)活性很高，對(duì)所處環(huán)境特別敏感，容易與環(huán)境中的氣體分子發(fā)生交互作用，納米顆粒暴露于空氣中極易氧化，從而引起納米顆粒的穩(wěn)定性和分散性變差，極易團(tuán)聚，嚴(yán)重影響其貯存和應(yīng)用。因此需要對(duì)納米顆粒的表面進(jìn)行修飾處

2、理，在顆粒表面包覆一層保護(hù)膜形成核-殼結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)不僅可以防止金屬納米顆粒氧化，有效抑制金屬納米顆粒的團(tuán)聚，解決金屬納米顆粒在空氣中不能穩(wěn)定存放的問題，而且由于外殼層物質(zhì)的存在又賦予了核心物質(zhì)不同的物理化學(xué)性能，成為新材料研發(fā)的熱點(diǎn)問題。
　　 本文首先綜述了金屬納米材料及其核殼結(jié)構(gòu)納米材料的制備方法、特性及其應(yīng)用，并對(duì)直流電弧等離子體制備金屬納米粉體技術(shù)進(jìn)行了有意義的改進(jìn)，克服了以前制備過程中顆粒易團(tuán)聚、形貌參數(shù)不可控

3、、產(chǎn)率低等弊端。我們采用改進(jìn)的直流電弧等離子體實(shí)驗(yàn)裝置成功制備出了碳包鎳納米顆粒，并對(duì)其生成機(jī)理進(jìn)行了初步分析，采用X射線衍射儀、透射電子顯微鏡、高分辨透射電子顯微鏡、X射線能譜分析等手段對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、粒度及其分布和化學(xué)成分等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明所得樣品具有明顯核.殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為FCC結(jié)構(gòu)的Ni納米顆粒，外殼為無定形碳膜。碳包覆納米金屬顆粒呈球形和橢球形，粒徑分布在15～40nm范圍，平均粒徑為30nm，內(nèi)核金屬核直徑為18n

4、m，殼層厚度約為6～8nm。
　　 其次，采用等離子體法制備的Ni粉為鎳源，結(jié)合溶膠凝膠法制得了具有明顯核殼結(jié)構(gòu)的二氧化硅包鎳納米顆粒。利用X射線衍射、透射電子顯微鏡、高倍透射電子顯微鏡和振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)等測(cè)試手段，對(duì)樣品的物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、粒度及粒度分布、磁性能等特征進(jìn)行表征。結(jié)果表明：所得樣品具有明顯的核殼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)核為面心立方結(jié)構(gòu)的球形納米鎳，外殼為無定形二氧化硅，平均粒度為30nm，外殼無定形SiO2包覆層厚度約為4nm

5、左右。二氧化硅包鎳納米顆粒在室溫下呈弱鐵磁性，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為33.40emu/g，矯頑力(Hc)為78.27Oe，比微米級(jí)鎳粉的飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力小，顯示出獨(dú)特的磁學(xué)性能。
　　 最后通過在多元醇體系下加入微量氯化鈉結(jié)合水熱法合成了銀納米線，并發(fā)現(xiàn)其中有部分折線形結(jié)構(gòu)的銀納米線存在。所得銀納米線粗細(xì)均勻，表面光滑，為多晶的面心立方結(jié)構(gòu)。而折線形銀納米線直徑約在110-150nm之間，由3-7個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，總長(zhǎng)度在5-18