纳米晶须的合成及其性能的研究

论文摘要

本论文中,以硼砂和锌盐为主要原料,通过简单的液相法,首次一步原位制备出晶态疏水性的纳米硼酸锌晶须。用磷酸酯作表面改性剂,降低了硼酸锌纳米粒子的表面能,提高了与聚合物之间的相溶性。用X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）以及差热—热重（DTA-TGA）等分析手段,考察了产物粒子的形貌、成分、尺寸等。并讨论了可能的反应过程、溶液不同的pH对产物的影响以及反应温度对产物粒度的影响。将合成的不同形貌的硼酸锌颗粒添加到聚乙烯中进行复合,考察了此复合材料的热力学稳定性。从电镜照片中可以看出,硼酸锌晶须与聚乙烯可以很好的复合,在试验过程中,硼酸锌颗粒很好的溶入到了聚乙烯中,根据相似相溶原理,也可以理解为,产物具有了很好的疏水性,所以与无极性的有机物分子可以很好的相溶。硼酸锌晶须的加入,使复合后的硼酸锌/聚乙烯有着较好的热力学稳定性,分解温度提高了将近150度,在此基础上,考察了此反应的反应机理,相关的活化能的变化,从理论上证明了此复合物的热稳定性的真实可靠。同时,考察了掺杂后的硼酸锌的光学性能,不同浓度激活离子铕离子的掺杂,对硼酸盐纳米发光材料性质具有很大的影响。虽然对以硼酸盐为基质的纳米发光材料的发光性质的研究有很多,本论文中掺杂后材料的发光性能有了很大程度的提高,通过实验,得出结论Eu掺杂的硼酸锌纳米晶体得到了Eu的最佳掺杂量为摩尔5%掺杂,最佳反应时间为6-8h,最佳反应温度为60℃,虽然还做了反滴以及加入表面活性剂的实验,但是对实验结果并没有明显的影响,可喜的是产物经400℃烧结后发光性能能够达到工业应用标准。在此基础上,从发光机理上讨论这种改变。以硼砂和硫酸铜为主要原料,通过简单的液相法,首次一步原位制备出晶态疏水性的水合硼酸铜晶须。用磷酸酯作表面改性剂,降低了硼酸铜纳米粒子的表面能,通过温度的变化,实现对形貌的控制。用X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、以及差热—热重（DTA-TGA）等分析手段,考察了产物粒子的形貌、成分、尺寸等。通过对硼酸铜合成实验条件的探讨,总结了反应过程中,粒子的形成过程,探讨了此实验的反应机理。同时,将硼酸铜添加到基础油中,改性后的硼酸铜与基础油有着很好的相容性,说明经过实验大大地改善了无机粒子与有机物之间的相容性,使无机粒子能够很好地分散在有机溶液中,解决了无机粒子在油相中难以均匀分散的问题。同时,大大降低了基础油的摩擦系数。无论是硼酸锌的制备还是硼酸铜的合成,在制备过程中,都遇到了相同的问题,滤液中含有大量的硫酸钠。在我国许多的工业生产中,都有大量的硫酸钠排放,对环境产生了很大的污染。因此,本论文中,希望可以找到解决方法。我们以硫酸钠为原料,试着合成工业上所需要的硫酸钙晶须,以便对硫酸钠进行回收再利用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 纳米材料的定义和分类
• 1.2.1 纳米粉体
• 1.2.2 纳米纤维
• 1.2.3 纳米薄膜
• 1.3 纳米材料的特性
• 1.4 纳米粉体材料的应用
• 1.5 纳米微粒的合成方法
• 1.5.1 化学沉淀法
• 1.5.2 室温固相反应法
• 1.5.3 微乳液法
• 1.5.4 水热合成法
• 1.6 纳米粉体表面改性
• 1.6.1 偶联剂改性
• 1.6.2 脂肪酸或其盐改性
• 1.6.3 磷酸酯改性
• 1.6.4 高碳醇改性
• 1.6.5 原位改性
• 1.7 纳米复合材料的研究现状
• 1.7.1 聚合物纳米复合材料概述
• 1.7.2 体系分类
• 1.7.3 纳米颗粒种类
• 1.8 掺杂稀土的纳米发光材料的简介
• 1.8.1 发光材料
• 1.8.2 发光与发光材料基本概念
• 1.8.3 发光材料的发光机理
• 1.8.4 常见发光材料
• 1.8.5 发光材料的制备
• 1.8.6 发光材料的应用及发展趋势
• 1.8.7 稀土发光材料的发展
• 1.8.8 稀土发光材料的发光机理
• 1.8.9 硼酸盐发光材料中常用的激活剂
• 1.9 本论文选题的目的及研究内容
• 第二章 纳米硼酸锌晶须的制备及其表征
• 2.1 引言
• 2.2 纳米硼酸锌晶须表面改性研究
• 2.2.1 硼酸锌晶须的制备原料
• 2.2.2 硼酸锌晶须的制备过程
• 2.2.3 样品的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 X-射线衍射（XRD）分析
• 2.3.2 热重（TGA）分析
• 2.3.3 扫描电镜（SEM）分析
• 2.3.4 透射电镜（TEM）分析
• 2.3.5 红外（FT-IR）分析
• 2.3.6 接触角（CA）分析
• 2.4 反应机理的探讨
• 2.5 制备过程中各因素的影响与调控
• 2.5.1 反应温度的影响
• 2.5.2 反应时间的影响
• 2.5.3 溶液pH值对产物的影响
• 2.5.4 表面活性剂种类对产物的影响
• 2.5.5 表面活性剂用量对产物的影响
• 2.6 小结
• 第三章 纳米硼酸锌与聚乙烯复合材料的制备和表征
• 3.1 概述
• 3.2 PE/硼酸锌复合材料的制备
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 PE/硼酸锌复合材料的制备过程
• 3.2.3 样品的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 硼酸锌与聚乙烯混合后的扫描电镜（SEM）分析
• 3.3.2 硼酸锌与聚乙烯混合后的热重（TGA）分析
• 3.4 复合过程中的影响因素
• 3.5 热分解过程动力学机理的探讨
• 3.6 小结
• 第四章 铕掺杂硼酸锌纳米荧光材料的制备与表征
• 4.1 引言
• 4.2 硼酸锌发光材料的制备
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 Eu掺杂硼酸锌的合成过程
• 4.2.3 样品的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 X射线衍射（XRD）
• 4.3.2 红外分析（FT-IR）
• 4.3.3 拉曼荧光光谱（Raman）
• 4.3.4 透射电镜（TEM）
• 2）₂:Eu³⁺发光性能的影响'>4.4 反应条件对Zn（BO₂）₂:Eu³⁺发光性能的影响
• 4.4.1 不同反应时间
• 4.4.2 不同掺杂浓度
• 4.4.3 改变滴加顺序
• 4.4.4 晶体烧结
• 4.4.5 不同烧结温度
• 4.4.6 加入表面活性剂
• 4.5 反应机理的探讨
• 4.6 小结
• 第五章 纳米硼酸铜的制备及其表征
• 5.1 概述
• 5.2 硼酸铜纳米粒子的改性
• 5.2.1 硼酸铜纳米粒子的制备过程
• 5.2.2 样品的表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 SEM测试
• 5.3.2 TEM测试
• 5.3.3 X-射线衍射（XRD）分析
• 5.3.4 FT-IR
• 5.3.5 接触角
• 5.3.6 摩擦系数的测定
• 5.4 制备过程中的影响因素
• 5.4.1 反应温度的影响
• 5.4.2 反应时间的影响
• 5.5 机理的探讨
• 5.5.1 反应机理
• 5.5.2 摩擦机理
• 5.6 小结
• 第六章 反应副产物硫酸钠的回收利用
• 6.1 概述
• 6.2 硫酸钙晶须的合成
• 6.2.1 实验方法
• 6.2.2 样品的表征
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 XRD的测试分析
• 6.3.2 SEM测试分析
• 6.3.3 TEM测试分析
• 6.3.4 FT-IR测试分析
• 6.3.5 接触角的测试分析
• 6.4 合成过程中的影响因素
• 6.5 制备硫酸钙晶须的机理
• 6.6 本章小结
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢