纳米颗粒的分散研究与新型纳米空心结构材料的制备

论文摘要

纳米颗粒的分散技术以及纳米空心结构材料的制备是当今纳米技术的研究热点。本论文主要研究纳米粉体的分散以及新型纳米空心材料的制备。本文分别对纳米TiO2和碳黑在四氯乙烯介质中的单一分散进行研究,筛选出非离子表面活性剂（理化所）与NDZ-105型钛酸酯偶联剂分别作为分散剂,且当分散剂用量均为0.667%时,TiO2和纳米碳黑能够各自稳定的分散于四氯乙烯介质中。对于纳米TiO2和碳黑的混合分散研究表明:已有的分散剂不能使二者在四氯乙烯介质中稳定分散。因此,实验利用包覆技术对碳黑进行表面改性,制备出C-Al（OH）3核-壳结构的复合纳米颗粒,使其与TiO2粒子具有相近的表面化学性质。对改性后的碳黑和TiO2粒子的混合分散进行研究,筛选出NDZ-105型钛酸酯偶联剂作为分散剂,并对分散剂的加入量进行考察,当分散剂的用量为0.667%,纳米TiO2和碳黑能够在四氯乙烯介质中稳定分散。在以上实验的基础上,利用无机包覆技术中的表面沉积法,提出制备纳米Al2O3空心结构材料的新方法。以C-Al（OH）3核-壳结构的纳米复合材料作为中间体,通过高温煅烧去除掉碳黑粒子并使Al（OH）3脱水从而制得Al2O3空心结构的纳米材料。通过使用TEM、XRD、FTIR和BET分析可知:制得的纳米Al2O3空心材料的晶体形态为不定形态,Al2O3空心球粒子的直径为25nm,壳厚约5nm,材料的平均孔径为13.13nm,总孔容为0.7063cm3/g,比表面积为215.2m2/g。本文以针形纳米碳酸钙作为无机模板剂,硅酸钠为硅源,通过溶胶-凝胶法形成CaCO3-SiO2的核壳结构,随后使用有机酸去除针形纳米碳酸钙模板剂,进行干燥处理,首次合成出内径约20nm的二氧化硅纳米空心管材料。经EDS、XRD、TEM、SEM、FTIR和BET表征可知:合成的二氧化硅纳米空心管材料形貌规整,形态均一,内径20nm左右,管壁厚约10nm,空心管长度约200～300nm。二氧化硅纳米空心管材料的晶形为无定形态且具有典型的Ⅳ型吸附等温线和H1型滞后环,比表面积为321.4m2/g,平均孔径为63.83（?）,总孔容为0.5128cm3/g。对针形纳米碳酸钙表面包覆SiO2膜的包覆机制进行理论研究,首先提出包覆的理论机制,随后对包覆机制进行理论解释以及实验验证,最终确定出在纳米碳酸钙包覆二氧化硅膜的机理过程为吸附—溶胶—异相成核—生长—凝胶成膜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料概述
• 1.1.1 纳米材料的分类及性能
• 1.1.2 纳米材料的分散技术
• 1.1.3 纳米材料分散的意义
• 1.2 纳米材料分散研究
• 1.2.1 研究物质的介绍
• 1.2.2 纳米材料的团聚
• 1.2.3 纳米粉体的分散原理
• 1.2.4 纳米粉体的分散方法
• 1.3 新型纳米复合材料的研究
• 1.3.1 纳米复合材料的研究意义
• 1.3.2 新型纳米复合材料的制备方法
• 1.4 本论文主要研究目的和内容
• 2、碳黑单一分散研究'>第2章 纳米TiO₂、碳黑单一分散研究
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验主要设备
• 2单一分散性研究'>2.2 纳米TiO₂单一分散性研究
• 2.2.1 分散剂的筛选
• 2.2.2 最佳分散时间的确定
• 2.2.3 分散剂用量的确定
• 2.2.4 两种分散剂的分散效果对比
• 2.3 纳米碳黑单一分散性研究
• 2.3.1 最佳分散时间的确定
• 2.3.2 分散剂的筛选
• 2.3.3 分散剂用量的确定
• 2.3.4 两种分散剂的分散效果对比
• 2.4 本章小结
• 2与碳黑粒子的混合分散研究'>第3章 纳米TiO₂与碳黑粒子的混合分散研究
• 3.1 药品试剂
• 3.2 仪器设备
• 2与碳黑的混合分散性研究'>3.3 TiO₂与碳黑的混合分散性研究
• 3.3.1 混合分散实验步骤
• 3.3.2 混合分散效果
• 3.4 纳米碳黑的表面改性方法
• 3.4.1 碳黑的前期处理
• 3.4.2 碳黑的包覆过程
• 3.4.3 包覆碳黑的焙烧
• 3.4.4 实验具体的操作步骤
• 3.4.5 改性碳黑粒子的表征
• 2混合分散研究'>3.5 改性后碳黑与TiO₂混合分散研究
• 3.5.1 分散剂筛选
• 3.5.2 分散剂用量的确定
• 3.6 本章小结
• 第4章 纳米三氧化二铝空心球的制备与表征
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 药品
• 4.1.2 实验设备
• 4.1.3 纳米碳黑粒子的表面改性
• 3复合粒子制备'>4.1.4 核壳型纳米C-Al（OH）₃复合粒子制备
• 2O₃空心球纳米复合粒子制得'>4.1.5 Al₂O₃空心球纳米复合粒子制得
• 2O₃空心球的表征'>4.2 纳米Al₂O₃空心球的表征
• 4.2.1 电镜表征
• 4.2.2 热重分析
• 4.2.3 红外光谱分析
• 4.2.4 比表面分析
• 4.2.5 XRD分析
• 4.3 本章小结
• 2纳米空心管的制备与表征'>第5章 SiO₂纳米空心管的制备与表征
• 5.1 实验药品
• 5.2 实验仪器
• 5.3 二氧化硅纳米空心管的合成
• 5.4 二氧化硅纳米空心管的表征
• 5.4.1 样品的EDS、XRD分析
• 5.4.2 样品的形貌表征
• 5.4.3 样品的红外光谱分析
• 5.4.4 样品的比表面分析
• 5.5 纳米碳酸钙包覆二氧化硅膜的机理
• 2膜机制的提出'>5.5.1 包覆SiO₂膜机制的提出
• 5.5.2 包覆机制理论解释及实验验证
• 5.6 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢