C/Cu壳/核纳米材料的合成及结构表征

摘要

金属Cu纳米材料，在导电墨水、高效催化和润滑剂等一些应用领域显现出新的巨大的应用前景。然而，Cu纳米材料因为表面活性非常高而极易氧化，从而严重限制了其应用领域和应用价值。
　　本论文中，采用乙酰丙酮铜(Cu(acac)2)为先驱体，以氢气为运载气，采用有机金属气相合成法(MOCVD)合成出C/Cu壳/核纳米线和纳米颗粒，并通过X射线衍射仪(XRD)、Raman光谱仪(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱仪(PL)、紫外-可见光谱仪(UV)等对产物进行系统分析;通过喷墨打印机(Dimatix283)和自制的丝网印刷初步研究了C/Cu壳/核纳米颗粒的在导电墨水的应用。主要研究结论如下:
　　1.对比研究沉积温度的增加对产物形貌的影响，发现:沉积温度400℃时，石英玻璃板上的黄褐色产物C/Cu壳/核纳米线，当沉积区温度上升到450℃时，玻璃板表面的产物变成暗红色，主要由粒径约200 nm核/壳颗粒组成，其中夹杂有少量长度约iμm的核/壳纳米棒，随着温度的继续升高，纳米线开始消失，纳米颗粒逐渐出现。当沉积温度上升到600℃时沉积产物为黑色产物，由粒径在100nm以下的纳米颗粒组成。
　　2.对比反应时间对产物形貌的影响，发现:反应时间20 m1n、30 min时石英玻璃片上出现了短棒，短棒上表面粗糙，上面吸附了许多细小颗粒，形状类似“狼牙棒”，但是底端比较光滑，直径大约300 nm，并且“狼牙棒”长度随着反应时间的增加而变长。当反应时间变成4h后，吸附在纳米线上面的小颗粒消失。
　　3.对比不同质量的乙酰丙酮铜对产物形貌的影响，发现随着乙酰丙酮铜质量增加，纳米线的长度也相应的增加。乙酰丙酮铜质量越大，提供的C源和Cu源就越多，通过奥斯特瓦尔德熟化机制，Cu原子穿过C壳形成的Cu核就越长。
　　4.发现C/Cu壳/核纳米线和纳米颗粒的光学性能与微粒的形貌、碳层的厚度有密切的关系，其中纳米线的表面等离子共振吸收峰(SPR)相对于纳米颗粒表面等离子共振吸收峰(SPR)发生了轻微的红移，外包裹碳层越厚，SPR红移的越多。
　　5.利用喷墨Dimatix283型打印机初步研究C/Cu壳/核纳米颗粒导电性能，得到稳定的分散在乙二醇中C/Cu壳/核纳米颗粒导电墨水，并且能在不同的承印物上打印。