山嵛酸银纳米晶体的制备、热行为及应用研究

摘要

近十多年来，热敏成像技术得到了长足发展。传统的卤化银湿加工成像材料获取可见影像需要繁杂的显定影工艺，相比之下，由于热敏和光敏感热显影成像材料为用户提供了一种既简单又没有污染的热加工方式，越来越引起科学界和工业界的重视。 山嵛酸银作为热敏和光敏感热显影材料常用的成像银源，其晶体尺寸和形状直接或间接地影响热敏和光敏感热显影材料的性能，如透明度和影像密度等。目前，关于山嵛银晶体的形成机理尚不清楚，而对山嵛酸银晶体的制备报道最多的专利文献，很少涉及到晶体生长的影响因素变化与晶体尺寸大小的关系。另外，研究者们对山嵛酸银的热分解机理还没有形成统一的认识，有关羧酸银高温热分解的气体产物至今还只是一种猜想。 本文详细考察了影响山嵛酸银晶体生长的因素，研究了山嵛酸银晶体的形成机理，首次通过化学沉淀法在水-醇混合溶剂中制备出粒径为50～100nm的山嵛酸银晶体，进一步研究了山嵛酸银的热行为以及热分解机理，考察了山嵛酸银纳米晶体在热敏成像体系及制备银薄膜方面的应用。 本文分别采用单注沉淀法和双注沉淀法制备了山嵛酸银晶体，通过对两种制备方法的对比及优选，最后确定双注沉淀法更适合制备细粒径的山嵛酸银，通过采用SEM、TEM等对山嵛酸银晶体形貌的表征发现，制备山嵛酸银所使用的溶剂、搅拌方式、加料的位置、反应温度、反应初始液中银离子浓度及加料速度等，均对山嵛酸银的晶体成核与生长有一定的影响。为了提高山嵛酸银晶体的单分散性，防止因形成气/液界面而导致颗粒聚集，在反应体系中加入了十二烷基苯磺酸钠和磷酸三丁酯。其中，使用水-叔丁醇混合溶剂(体积比1∶0.15～0.25)，控制反应温度30～40℃，过量银离子浓度4.0～6.0*10-3mol·L-1，可以得到粒径为50～100nm的片状山嵛酸银晶体。进一步研究还发现，在反应初始液中加入明胶有助于形成纵横比约5∶1的棒状晶体。采用元素分析、IR、XRD和UV-Vis等手段表征了山嵛酸银纳米晶体的元素组成和晶体结构。 通过采用粉末X射线衍射、红外光谱、热重-差热分析与质谱联用技术，对山嵛酸银纳米晶体的热行为研究发现，山嵛酸银受热发生了一系列相转变，它有两个明显的突变：即在138℃左右，山嵛酸银的烷基链从高度有序转变为无序状态；在231℃左右，山嵛酸银发生了热分解，其主要分解产物为银纳米粒子和山嵛酸。采用MS对山嵛酸银在整个热分解过程中所释放出的气体产物的跟踪检测发现，首先是二氧化碳气体的放出，接着是氢气和水，随着温度的进一步升高，又伴随着乙炔和一些小分子的烯烃产生，当温度进一步升高到500℃左右时，被山嵛酸钝化的银纳米粒子逐渐失去了有机分子，最终的热分解产物为金属银。根据分解产物推断，山嵛酸银的热分解是一个高温裂解反应，裂解的历程按自由基机理进行。TEM和UV-Vis分析结果进一步表明，山嵛酸银热分解过程中，银纳米粒子不断长大并达到均匀的颗粒分布符合奥氏成熟原理。 本文还进一步评价了山嵛酸银纳米晶体的热敏性能，探讨了通过山嵛酸银热分解构筑银薄膜的可行性。在热敏和光敏感热显影体系，纳米级山嵛酸银晶体比微米级山嵛酸银晶体表现出更高的感光度和影像密度。通过控制山嵛酸银的热分解温度可以构筑不同形态的银薄膜，在190℃～320℃，金属银被有机产物钝化，形成了掺杂有机物的金属银薄膜；当温度高于500℃时，有机产物进一步分解可以形成纯金属银薄膜。山嵛酸银分散液的浓度影响银薄膜中银粒子的堆积密度和形态，在很低浓度下可以得到银粒子均匀分散的金属银薄膜，球形银粒子平均粒径为160nm；而高浓度的山嵛酸银分散液得到较厚的金属银薄膜，薄膜中含有规则的三角形和截三角形银颗粒。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章基础理论

第三章山嵛酸银纳米晶体的制备研究

第四章山嵛酸银的热行为研究

第五章山嵛酸银纳米晶体的应用研究

第六章结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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