一维纳米材料的制备教学文稿.ppt

3、石墨烯及其制备 2004年，英国曼切斯特大学科学家Geim A K等人，通过胶带反复剥离石墨片获得一个原子厚度的石墨单片—石墨烯(graphene)。 石墨烯是普遍存在于其他碳材料中，并可以看作是其他维度碳基材料的组成单元。 三维的石墨可以看作是由石墨烯单片经过堆砌而形成；零维的富勒烯可看作由特定石墨烯形状团聚而成；而石墨烯卷曲后就可形成一维的碳纳米管结构。 氧化石墨烯(grapheneoxide)是石墨烯的一种衍生物，它是由氧化石墨发生剥离而形成的石墨烯单片。 由于问题的复杂性，氧化石墨烯的精确结构还无法得到确定。 目前普遍接受的结构模型是在氧化石墨烯单片上随机分布着烃基和环氧基，而在单片的边缘则引入了羧基和羰基。 由于在石墨烯片上引入了大量的氧基活性功能团，使得原本较为惰性的石墨烯表面变得异常活泼，基于这些活性功能团的化学反应也因此丰富多样。 氧化石墨烯的结构示意图 * 江苏大学 先进材料的制备及加工技术 江苏大学材料科学与工程学院 纳米线的制备 纳米柱的制备 碳纳米管制备 碳纳米管阵列制备 第三讲 一维纳米材料的制备 第四讲 二维纳米材料制备 纳米薄膜简介 纳米薄膜制备技术 石墨烯及其制备 1、纳米薄膜简介 典型的碳纳米管在溶液中易聚集成束，几乎不溶于任何溶剂，大大限制了CNTs在各方面的应用。 近年来，人们利用表面活性剂的包裹作用或CNT 与大π共轭体系之间的π- π相互作用，成功的将CNTs分散在不同溶剂包括水中。 经过化学反应修饰和各种官能化， 除能获得CNTs的分散液外，还能增加其与基体的界面结合力，为CNTs的组装及表面反应提供了可能，基于CNT分散液的诸多薄膜材料相继被成功开发。 由于具有优良的电子电导性、化学稳定性，以及高的比表面积等独特的物理化学性能，CNT 薄膜可在化学催化、智能响应等领域得到应用。 纳米TiO2薄膜在光催化、太阳能电池、精细陶瓷、传感器等领域的广泛应用, 引起众多材料学家的关注。 超细TiO2 粉末在应用时存在易团聚、难分离等问题，而将二氧化钛粉体负载于固体材料的表面，即将TiO2 或其前驱体，运用各种镀膜工艺涂覆在各种基材(如玻璃、陶瓷、铝材等) 表面上，可以得到分散性较好的二氧化钛薄膜。 由于薄膜的厚度、均匀度、晶型等工艺参数是影响二氧化钛薄膜性能的主要因素，因此其制备工艺成为目前研究的热点之一。 多孔金属材料是指一种内部含有一定数量、尺寸的孔径，具有明显孔隙特征的金属材料。 由于其独特的结构，多孔金属具有了一系列特殊的性能，如表观密度低、比表面积大、可压缩性好等，这使得多孔金属材料在现代工业得到了广泛的应用 纳米材料的兴起与发展使得一类孔壁处于纳米尺度(指1到 100nm)的金属多孔材料受到了广泛关注和研究，它集中了纳米材料和多孔材料的优点，被称为纳米多孔金属材料。 由于贵金属价格昂贵，且资源稀少，提高其利用率以减少其载量对催化剂的设计非常重要。 氮化碳除了具备高硬度和高弹性外，还具有耐磨损、防腐蚀、耐高温等优异性能，其耐高温和化学稳定性要大大优于金刚石，在机械加工领域具有良好的应用前景。 它还具有宽能带间隙、高热导、光学非线性，是制造半导体和光学器件的候选材料，也有可能是一种理想的场致发射材料。 二十年来，众多研究小组对合成该种材料进行了尝试。迄今为止，已有一系列的技术手段例如阴极电弧、直流与射频溅射、热丝化学气相沉积、激光烧蚀沉积 (PLD)、等离子体辅助化学气相沉积 (PCVD)等，被用来合成这种新型物质。 采用等离子体束沉积和活性源辅助PLD方法合成出同时含ββ和g相的C3N4纳米微晶。 2、纳米薄膜制备技术 CNT 薄膜的制备 纳米TiO2薄膜制备 纳米多孔金属薄膜制备 氮化碳纳米薄膜制备 纳米颗粒膜制备 静电纺丝法 CNT 薄膜 镍-碳纳米管薄膜的电泳电镀方法示意图 碳纳米管的SEM 图 超声复合空气搅拌及复合电沉积技术 2）纳米TiO2薄膜制备 溶胶- 凝胶法，以适宜的无机盐或有机盐为原料制备溶胶，把溶胶涂覆在基材表面，经水解和缩聚反应等在基材表面胶凝成膜，再经干燥、焙烧与烧结获得表面膜。 一般以Ti(OC4H9)4、TiCl4、TiOSO4为原料, 乙醇等为溶剂, HNO3、HCl、CH3COOH、NH4OH 等为催化剂。 可以用离心旋转法、浸渍提拉法、喷镀法在基材表面涂膜，目前采用较多的是浸渍提拉法。 近年来，随着对环境和能源的重视，染料敏化纳米晶TiO2薄膜的研究也发展得很快。 TiO2薄膜的比表面积、粗糙度、膜厚等性质参数强烈地影响着太阳能电池的光电性能。 丝网印刷技术制备薄膜时使胶体溶液在刮板的作用下通过网孔，均匀的沉积到导电基底上，形成纳米 TiO2 胶体膜，大量制备时可用平面印刷机进行操作。 该技术具有印刷膜层厚、对浆料适应性强、对承印物形状和