第八章-一维纳米材料制备

第1，1，8章一维纳米材料的制备，1，2，1-D，量子线，0-D，量子点，2，在纳米材料的三维空间中，至少有一维尺寸小于100纳米的材料或由它们作为基本单元组成的具有特殊功能的材料。1.基本概念一维纳米材料是指具有二维纳米尺度和长度宏观尺度的新型纳米材料。二。一维纳米材料纳米棒的类型：细棒状结构，一般纵横比10(纳米线、纳米线、纳米晶须)纳米带：纵横比10，一般纵横比3纳米电缆和同轴纳米线：4，5，5，3。一维纳米材料制备方法的原理：通过促进一维方向上固体结构的结晶固化来引导一维纳米材料(A)由固体的各向异性结晶结构确定的定向生长(B)引入液-固界面来降低晶种的对称性，5，6，6，(c)使用具有一维形态的各种模板(d)通过使用合适的涂层剂来控制晶种的不同晶面的生长速率；6，7，7，(e)零维纳米结构的自组装；(f)减小一维微结构的尺寸。7，8，8，模板合成，电弧化学气相沉积，催化热解，激光烧蚀，分子束外延，8，4，1-D纳米材料的制备，自组装，气相(VLS，VS机制)，液相(SLS生长机制)，第二节，自组装，1 .纳米结构组装系统1.1人工纳米结构组装系统1.2纳米结构自组装系统，其中纳米尺度材料单元被人工组装和排列以形成一维，二维和三维纳米结构系统，自然自组装：趋磁细菌中的纳米复合物，10，110自组装的定义、基本结构单元(原子、离子或分子、微米或更大尺度的物质)；在弱的和不太定向的非共价键(氢键、范德华键和弱离子键)的相互作用下；自发组织或聚集成具有一定规则几何外观的稳定结构。自组装过程不是大量原子、离子和分子之间弱力的简单叠加，而是几个个体同时自发联合和聚集形成一个紧密有序的整体，这是一个复杂的整体协同作用。11，氧化锌纳米棒，12，12，3。粉末自组装合成的基本思想：纳米晶体的表面特性(大比表面积，高表面能)表面未改性的纳米粒子将产生强烈的相互吸引并形成团簇；纳米晶体的晶界溶解并消失，几个小的纳米晶体形成一个大的晶体，12，氧化锌纳米棒，13，13。示例通过溶胶-凝胶合成法制备具有均匀尺寸和规则形态的纳米晶体。纳米晶的表面改性剂通过有机溶剂清洗或一些特殊方法去除；纳米颗粒在加热或长时间放置后，在自偶极-偶极作用下实现一维定向自组装。13，ZnS纳米棒，PbSe纳米线，14，14，自发组织单电子密度纳米线，14，4，自组装的要求：4.1自组装的驱动力，15，驱动力，尺寸，几何驱动，毛细力驱动，其他驱动，氢键驱动，范德华力驱动，表面张力驱动，16，16，4.2空间互补导向分子的自组装，也就是说，使分子的自组装必须满足空间尺寸分子重排的要求4.3自组装系统的能量较低。自组装的力量为分子自组装提供能量。16.5。驱动力在自组装中的应用实例。5.1氢键驱动金或银纳米粒子用硫醇修饰其表面，通过硫醇分子之间的氢键诱导自组装。四齿硫醚小分子化合物修饰的金纳米粒子自组装成球形聚集体的模型图。5.2在表面张力和毛细管力的驱动下，一维纳米材料可以通过表面张力或毛细管力作用于液体的表面或本体相而自发组装成微米级的有序结构。5.3模板驱动的模板诱导自组装是获得理想结构的非常有效的方法。的例子在硅胶表面单壁碳纳米管的自组装。5.4静电力驱动由静电力诱导的自组装氧化锌纳米棒具有花状结构。，21，21，6。自组装特征：高度有序性：结构高于组件有序性；相互作用力较弱：氢键、范德华力、静电作用等成分复杂：包括纳米和微结构，21。其他特点：1。高度有序和有方向性；2 .成膜稳定可控，不受基底形状的限制；3、制备方法简单，不需要昂贵的仪器设备；4、可以大面积成膜；5、可以从分子级膜厚到多层膜结构；6.通过精确的化学控制可以获得具有特殊相互作用的表面。自组装技术分类定向自组装：利用流体、电磁场等介质，通过形状识别等手段，实现微元件在相应基底位置上的定向和定位，从而完成微元件的分子自组装：即在没有外力介入的情况下，自组装和组织成规则结构的现象。第三部分是逐层自组装技术(LBL)，24岁。首先，它定义了分子聚集体或超分子结构的自发结合和形成过程，这些分子聚集体或超分子结构具有完整的结构、稳定的性能和某些特定的功能。第二，逐层自组装工艺步骤，(1)基底预处理，(2)吸附A层膜材料，(3)清洗，(4)吸附B层膜材料，(5)清洗，然后重复(2)、(3)、(4)、(5)。26，3，逐层自组装技术，27，3.1静电逐层自组装，其通过将离子之间的静电相互作用作为成膜驱动力特征来控制自组装膜的结构和厚度之间的静电相互作用的非特异性，并且容易地将生物功能大分子、导电聚合物和光敏聚合物引入膜中以形成具有生物功能、导电功能和光活性的膜，28，实例聚磺化苯乙烯钠(PSS)在其分子链中具有负电荷基团(-SO3-)并且两层膜结合后，小的氯化钠分子被冲走。3.2、氢键层层自组装技术。基于静电相互作用的自组装要求成膜材料必须带有电荷，并且该材料只能溶解在极性溶剂(通常是水)中，这限制了成膜材料的类型。基于氢键的自组装体系(适用于非水溶剂)在链段之间不存在静电排斥，得到的多层膜厚度明显增加。30.实例疏水性药物的纳米级载体共聚物胶囊通过使用氢键作为驱动力的逐层技术来制备。氢键对酸性很敏感。在生理条件下，薄膜可以迅速分解，从而释放出胶囊。4.其他方法4.1功能纳米电子器件的流体组装，一维GaP、InP和硅纳米线的流体组装，32，Langmuir-Blodgett(LB)技术LB技术是一种两亲分子在气/液界面扩散以形成单层膜的技术，该单层膜通过特定的装置转移到固体基底上以形成单层或多层膜。LB膜具有更高的有序度和规则的结构。4.2L-B技术、4.3L-B技术表面压力组装纳米棒阵列、BaCrO4纳米棒在水/气界面不同阶段的自组装以及34、4.4无机纳米粒子的可控自组装，是实现宏观尺度实际应用的最有效途径，利用纳米粒子自身的库仑排斥和范德华引力的平衡，自发形成具有独特的内松外紧“核壳”结构和高单分散性(7-9%)的超级纳米粒子。35，36，36，第4节催化生长方法1。电弧法原理：阳极电极在电弧产生的高温下蒸发，在阴极附近沉积纳米管。电弧法制备纳米线(管)时，阳极填料的种类、电弧电流和大气压对产品有很大影响。特点：简单快速，质量不稳定，36，37，37，2。气相法的主要机理：气-液-固(vls)生长机理气-固(vs)生长机理控制晶核的大小和材料的生长方向，37、38、38、2.1VLS生长机理必须有催化剂存在；从气相中连续获得生长材料的组分；当液体中的溶质成分达到过饱和时，催化剂会与生长材料的成分熔化形成液态共晶；晶体将沿着固-液界面38、39的优选方向沉淀。特征：催化剂的大小决定了纳米线材料的最终直径。反应时间影响纳米线的长径比，影响因素：温升：催化剂颗粒团聚；反应活性增加，生长速度加快，产物直径增大；40，由单晶氧化锌纳米棒阵列组成的纳米激光器41，41，通过热蒸发、化学还原或气相反应等方法产生气相；气相被转移到低温区并沉积在衬底上；一维材料生长时带有微小缺陷(位错、孪晶等)。)作为成核中心。41，2.2VS生长机制，过饱和的气相决定了晶体生长的主要形态，低过饱和晶须，中等过饱和块状晶体，高过饱和粉末，42，氧化锌纳米带，43，43，三，液相法溶液-液相-固相(SLS)生长机制原料提供低熔点金属(in，Sn或Bi)从溶液中作为助熔剂滴，43，44，44，44，44，4，4，发育2)从“无序增长”到“有序增长”；3)从“少量增长”到“大量增长”；1)纳米复合材料，纳米材料：其中至少一个维度在三维空间中处于纳米级范围内或者由它们作为基本单元组成的材料。纳米复合材料：指分散相尺寸至少一个尺寸小于100纳米的复合材料。第五节核壳结构纳米材料的制备；第二节纳米复合材料的分类；第46节纳米复合材料的分类；第三节核壳结构纳米材料；第3.1节纳米尺度有序组装结构的定义通过化学键或其他力将一种材料涂覆到另一种纳米材料上而形成。47，48，3.2核壳结构，芯(芯材):微胶囊内装载的材料壳(壁材):外包壁膜壁材的选择原则：(1)与芯材相容，但无化学反应；(2)封装材料本身的性质(渗透性、稳定性、溶解性等)。)，3.3核壳结构的类型，4 .核壳结构的形成机理，化学键相互作用的机理，静电相互作用的机理，过饱和机理，50，4.1化学键相互作用的机理是涂层和涂层之间通过化学反应形成化学键，51，二氧化硅涂层二氧化钛：形成钛-氧-硅键二氧化硅，二氧化钛可以与水中的水分子水合生成羟基，在两者之间形成化学键。4.2静电相互作用机理涂层剂的电荷与基材表面的电荷相反。涂层剂颗粒通过库仑引力被吸附到涂层颗粒的表面。52.用巯基甘氨酸修饰碲化镉纳米晶，使其表面带负电荷COO-PS胶体粒子带正电荷。4.3过饱和机制将包覆颗粒和包覆颗粒分散在水溶液中。通过调节酸碱度或加热，涂层