原位合成法制备高分散性纳米银胶及其复合材料

摘要

金属纳米粒子具有纳米级别的尺寸或结构、超高的比表面积、独特的物理化学性质，其性能由粒径大小、分散性、颗粒形貌、结晶性、结构特点和外界环境等因素决定。纳米银胶是最常见的金属纳米粒子胶体，科学家对纳米银胶的研究日渐深入，目前，高分散小粒径的纳米银胶在新型化学生物传感器、单电子晶体管、超级电容器、数据存储设备等领域表现出巨大的应用潜能，因此制备高分散、窄分布、小粒径、形貌规整的纳米银胶成为了研究的热点。 本文采用原位合成法制备出高分散(3.0-4.2 nm)非水相的小粒径（3.7±0.1 nm）纳米银胶。首先，选用有机羧酸十二酸银为前驱体，TMCHMA为光固化单体，三乙胺(Et3N)为促进剂制备出纳米银胶。利用紫外可见吸收光谱(UV-vis)，热失重分析(TG)，透射电子显微镜(TEM)，X射线衍射(XRD)等方法，对纳米银胶及其制备机理进行了研究，据此提出了制备高分散性纳米银胶的机理，即银的有机前驱体溶解于光固化单体TMCHMA中，加热有利于胶束结构的形成。当反应温度达到120℃，十二酸银开始发生热分解反应，原位生成银原子和十二酸，十二酸通过化学吸附作用包覆在银纳米颗粒表面，构成了核壳结构，起到了控制粒径和稳定的作用，而Et3Y的加入可以促进银纳米粒子的生成。 同时，我们通过改变前驱体与单体比例、Et3N滴加速度、反应温度，对纳米银胶的粒径与分布、形貌和分散性进行了调控。研究发现:当前驱体与单体比例为5∶0.1，Et3N滴加速度为0.04 mL/min，温度为140℃时实验制备的纳米银颗粒粒径较小且均一，颗粒分散性高。对所得银纳米粒子进行了高分辨透射电镜（HRTEM），X射衍射，热失重分析等表征，发现所得银纳米粒子具有面心立方(FCC)结晶结构，结晶度高，纳米颗粒型貌为近似球形的多面体，平均粒径为3.7 nm，粒径分布均一，分散性高。单个纳米粒子以纳米银晶体为核，十二酸和TMCHMA为壳，构成了具有核壳结构的银纳米粒子。 最后，将所得的纳米银胶，通过紫外光照一步制备了聚合物基纳米银胶复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)，热失重等表征，证明了所得纳米复合材料具有优良的纳米结构和优异的热学性能，为聚合物基纳米复合材料的制备提供了一种绿色快捷的方法。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 纳米材料简介

1．2．1 纳米材料的定义

1．2．2 纳米材料的分类

1．2．3 典型纳米材料的特性及应用

1．3 金属纳米粒子材料简介

1．3．1 金属纳米粒子的发展及现状

1．3．2 纳米银粒子特性

1．3．3 纳米银材料的应用前景

1．3．4 纳米银粒子的制备方法

1．4 纳米银胶的研究现状

1．5 研究目的以及创新点

1．5．1 研究目的

1．5．2 论文创新点

第二章 实验部分

2．1 原料与试剂

2．2 实验仪器

2．3 实验方案

2．3．1 有机银前驱体的制备

2．3．2 原位合成法制备高分散性纳米银胶

2．3．3 纳米银胶的制备机理研究实验

2．3．4 纳米银胶的条件控制实验

2．3．5 聚合物基纳米复合材料的制备

2．4 测试和表征

2．4．1 傅里叶红外光谱(FT-IR)测试

2．4．2 紫外分光光度计测试

2．4．3 (高分辨)透射电子显微镜(TEN)测试

2．4．4 扫描电子显微镜(SEN)测试

2．4．5 X射线光电子能谱测试

2．4．6 实时红外光谱测试

2．4．7 热失重(TG)测试

2．4．8 偏光显微镜测试

2．4．9 X射线衍射仪测试

第三章 结果与讨论

3．1 有机银前驱体的制备及研究

3．1．1 前驱体的选择

3．1．2 十二酸银的表征

3．2 纳米银胶的制备机理研究

3．2．1 前驱体的热分解反应及配位稳定机理

3．2．2 三乙胺的初进作用

3．2．3 光固化单体TMCHMA的作用

3．3 纳米银颗粒的可调控制备研究

3．3．1 有机银前驱体的比例控制

3．3．2 三乙胺的滴加速度

3．3．3 反应温度控制

3．4 纳米银颗粒的形貌及结构特点

3．4．1 纳米银颗粒的形貌

3．4．2 纳米银颗粒的大小及分散性

3．4．3 纳米银颗粒的核壳结构

3．5 聚合物基纳米银复合材料

3．5．1 光聚合单体的聚合特征对比

3．5．2 聚合物基纳米银复合材料的结构特征

3．5．3 聚合物基纳米银复合材料的热学性能

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介