层接层技术构筑多功能纳米复合材料及其性质研究

摘要

随着材料科学的不断发展，单功能纳米材料已经不能满足应用的需要，将多种功能性的材料运用简易的方法组装以获得纳米复合材料已成为当今材料化学中的一个研究热点。复合材料的性质不是各个组分性能的简单加和，而是在保持各个组分材料某些特性基础上，具有组分间协同作用所产生的综合性能。由于纳米复合材料各组分间的协同效应，充分弥补了单一材料的缺点，产生了单一材料所不具备的新性能，开创了材料设计的新局面。 层接层自组装技术是构筑纳米复合材料的一个有效、简便的方法。在该过程中，带有相反电荷的物质通过静电作用有效地组装在一起，使得将多种功能组分可控地复合变成了可能。由于电子器件的日趋微型化，含有功能特性纳米复合物的多层膜必将在微电子器件的制备中发挥重要的作用。基于半导体和金属的电子特征，把金属沉积到半导体上产生的协同效应可以同时提高半导体和金属的催化活性。因此，首先我们利用层接层技术组装了含有半导体/金属离子的多层膜，然后利用聚电解质的还原性，原位热还原半导体表面的金属离子，得到了含有半导体/金属(ZnO/Au)纳米复合物的多层膜。实验结果证明膜中的ZnO/Au纳米复合物不仅增强了氧化还原电对的电子转移速率，同时还提高了膜的导电率。所制备含有纳米复合物的多层膜有望应用于传感器。此外，我们将层接层技术的应用从在宏观平面基底上成膜到在微观非平面基质上形成纳米复合材料。我们选用带有正电荷的聚电解质PDDA为“胶水”、易制备的Keggin、Dawson型多金属氧酸盐为功能化试剂，制备了碳纳米管为基、多酸功能化的一维纳米复合材料。实验结果表明，形成纳米复合材料后多酸的基本骨架未发生任何变化；电化学测试证明多酸/碳纳米管复合物不仅具有碳纳米管独特的性质，同时还具有多酸可逆的氧化还原活性。所得到的纳米复合物将会在氧化还原电容器的电催化和电荷存储方面具有重要的应用。此外，利用层接层技术将多种功能特性的纳米材料有机地结合在一起必将为材料化学的发展，新型材料的开发开创一个新的领域。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

一纳米材料的基本特性和用途

(一)量子尺寸效应

(二)小尺寸效应

(三)表面效应

(四)宏观量子隧道效应

二纳米复合材料的发展

三多层膜的制备方法

(一)Langmuir-Blodgett(LB)技术

(二)基于化学吸附的自主装技术

(三)交替沉积技术

四利用LbL技术构筑平面多层膜的进展

(一)构筑含有生物大分子的LbL膜

(二)构筑含有碳纳米管的LbL膜

(三)构筑含有多金属氧酸盐的LbL膜

(四)以前合成的聚电解质LbL膜为反应器制备纳米材料

五利用LbL技术构筑非平面纳米复合材料

(一)以胶体粒子为模板利用LbL技术制备核壳纳米材料

(二)以胶体粒子为模板利用LbL技术制备功能性胶囊

(三)以功能性纳米材料为模板利用LbL技术制备双功能纳米复合材料

(四)以碳纳米管为模板利用LbL技术制备一维纳米复合材料

六本论文选题及目的

参考文献

第二章层接层-热还原方法在多层膜中原位形成半导体/金属纳米复合物

引言

一含有半导体/金属纳米复合物多层膜的制备

(一)化学原料和测试仪器

(二)PEI包覆的ZnO纳米粒子的制备

(三)自主装多层膜

(四)测试样品制备

二(PEI-ZnO/Au/PSS)n膜性质表征

(一)ZnO纳米粒子形貌测试

(二)(PEI-ZnO/Au/PSS)n膜性质表征

(三)电化学性质研究

三本章小结

参考文献

第三章构筑多酸功能化的碳纳米管纳米复合材料及其电化学性质研究

引言

一CNTs-PDDA/POMs纳米复合物及测试样品的制备

(一)化学原料和测试仪器

(二)多金属氧酸盐的制备

(三)CNTs-PDDA/POMs纳米复合物的制备

(四)测试样品制备

二CNTs-PDDA/POMs纳米复合物性质表征

(一)形貌测试

(二)组成研究

(三)电化学性质研究

三本章小结

参考文献

结 论

致 谢

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