基于聚合物模板沉积有序纳米颗粒

摘要

纳米材料具有小尺寸效应、量子尺寸效应和表面效应等特殊的性质。和常见的块体材料相比较,纳米材料会展现出独特的物理和化学性质,这使得它在微电子、化工、能源和生物制药等领域有着非常广阔的应用前景。在纳米材料制备方面,如何以简单高效的方法获得低成本可控性高的纳米材料,一直是国内外科研工作者研宄的重点。在纳米材料众多的合成方案中,嵌段共聚物自组装法是一个可以满足以上要求的方法。以PS-b-P4VP(polystyrene-b-poly(4-vinylpyridine))为例:它可以在选择性溶解的溶剂中自组装形成有序的结构,这种结构可以作为生长纳米材料的模板与纳米反应器。这是一种简单,低成本的方法,可以用来生长许多纳米材料。但是,目前完全利用PS-b-P4VP自组装方法来制备磁性氧化物的研宄报道很少。因此,本文将利用PS-b-P4VP自组装方法来制备磁性氧化物纳米颗粒,探索一种低成本制备磁性纳米颗粒的方法。
　　本文采用旋涂法在硅(Si)基片上制备了双嵌段共聚物PS-b-P4VP模板,研究了PS-b-P4VP在选择性溶解的溶剂甲苯/四氢呋喃(T H F)中的自组装性质,以及基片种类、旋涂转速、浸泡溶液种类和蒸汽退火等因素对PS-b-P4VP薄膜的影响,并从中获得了生长有序纳米结构的最佳聚合物模板。然后,我们研究了许多金属前驱体与聚合物PS-b-P4VP的络合反应,筛选并得到了在本实验室中可以成功络合的金属前驱体。最后利用高温退火,分解了有机前驱体,获得了磁性氧化物纳米颗粒阵列,并研宄了氧化物纳米颗粒阵列的磁性质。具体研宄结果如下:
　　首先,利用原子力显微镜研宄了PS-b-P4VP聚合物模板的表面形貌。结果表明在纯甲苯溶剂下可以获得准六角的有序球形胶束结构。在甲苯与四氢呋喃体积比为10/40的比分下,可以获得面外取向的准六角的有序柱形微畴。以上这两种结构都可以作为模板来生长纳米结构。
　　然后,我们研究了多种金属前驱体与聚合物PS-b-P4VP的络合反应,筛选并得到了在本实验室中可以成功络合的金属前驱体(如:铁、钴、镍等)。最后利用高温退火,分解了有机前驱体,获得了磁性氧化物纳米颗粒阵列,并利用AFM做了表面形貌测试。
　　最后,我们研宄了(I-Fe2O3与NiFe2O4纳米颗粒的表面结构、元素信息还有磁性质。从AFM与SEM的图像可以看出纳米颗粒的高度基本在5-10nm左右,颗粒大小在20-50nm左右,颗粒间距在75nm左右。颗粒以准六角的方式排列在Si片上。XPS的元素峰确认了纳米颗粒的成分为Ci-Fe2O3与NiFe2C^从PPM S测试得到的磁滞回线可以看出Ci-Fe2O3和NiFe2CU纳米颗粒在50K-300K的温度范围内都具有一定的铁磁性。其中,Ci-Fe2O3纳米颗粒的Morin转变温度由于纳米尺寸效应降到了50K以下,从而拓宽了Ci-Fe2O3纳米颗粒的铁磁性温度范围。MFM测试结果表明本实验中合成的Ci-Fe2O3纳米颗粒具有单畴结构,因此在磁性存储领域具有应用潜力。
　　总之,本文利用嵌段共聚物PS-b-P4VP自组装法成功制备了Ci-Fe2O3与NiFe2O4纳米颗粒。该方法是一种简单、低成本的纳米材料合成法,在工业生产中具有巨大的应用潜力。

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第一章引 言

1 .1纳米材料简介

1 .2纳米材料的制备

1 .3嵌段共聚物简介

1.4 O-Fe2O3材料及其特性

1.5 NiFe2O4材料及其特性

1 .6本论文的研究意义和内容

参考文献

第二章纳米材料的制备仪器与表征方法

2 .1旋涂仪

2 .2真空管式炉

2 .3原子力显微镜

2 .4扫描电子显微镜

2.5 X射线光电子能谱

2 .6综合物性测试系统

参考文献

第三章PS-b-P4VP有序聚合物模板的制备与研究

3 .1引 言

3 .2实验方法与结果分析

3 .3本章小结

参考文献

第四章利用PS-b-P4VP有序模板合成磁性氧化物纳米颗粒

4 .1引 言

4 .2实验方法与结果分析

4 .3本章小结

参考文献

第五章磁性氧化物纳米颗粒的微结构和物理性质研究

5 .1引 言

5.2 Ci-Fe2O3纳米颗粒

5.3 NiFe2O4纳米颗粒

5 .4本章小结

参考文献

第六章结论

攻读硕士学位期间公开发表的论文及科研成果

致谢