纳微米结构功能材料的制备、改性及其性能研究.pdf

烟台大学硕士学位论文纳/微米结构功能材料的制备、改性及其性能研究姓名:张青青申请学位级别:硕士专业:材料学指导教师:马兴法 2011-06 烟台大学硕士学位论文 I 摘要纳微米结构材料是当前纳米科学技术研究最活跃的功能材料之一。而一维微纳米结构功能材料因其独特的结构特征及优异的光、电、热及力学性能,使其在纳米发光器件、传感器、光催化材料及纳米生物技术等领域具有广阔的应用前景。近十余年来,对纳微米结构功能材料研究引起了国内外科研者的广泛关注。回顾近些年来对一维纳微米功能材料的研究与进展,对一维纳微米材料的研究主要集中在其制备和表征方面,而对其性能和应用方面的研究相对较少。纳微米功能材料的表面改性及加工工艺研究是当今很多纳米材料应用所面临的主要挑战性问题之一。为开发拥有协同效果或互补行为的功能复合材料,考虑到有机、无机材料的性能互补和加工工艺的改进,对纳微米结构的有机-无机复合功能材料的研究引起了众多研究者的极大关注,特别是在柔性的有机导体、各类传感、发光器件、杂化的太阳能电池等领域有广泛的潜在应用。研究纳微米结构的功能材料及其相应的微电子器件是当前的一大研究热点之一,研究新材料的制备、改性、加工工艺及其性能表征是研发高性能微纳器件的重要前提。本文对一些常见的有代表性的一维纳微米结构功能材料(ZnO、CdS等)研究进展状况进行了综述。通过多种途径获得了不同形貌结构的ZnO,CdS等一维纳微米结构材料,初步实现了对形貌的调控,并采用有机修饰剂对它们进行了功能化改性,初步研究了修饰改性对其基本性能的影响,尝试了部分一维纳微米材料的工艺改进。对ZnO一维材料体系,本文采用水热法制备了ZnO纳米棒,在此基础上,选用有机功能分子对其进行了系列改性,采用了XRD、TEM、FT-IR、PL等手段对其结构和性能进行了表征,取得了较好的初步结果。考虑到本研究方法的通用性设计,我们将本研究方法拓展到了TiO 2功能材料的制备、改性及性能研究。另一方面,纳微米功能材料的加工工艺性问题也是限制微纳器件应用的关键问题之一。当前许多简便的成膜方法,如: Spin-coating, Ink-jet Printing等是当前的研究热点。为解决这个问题,我们采用了有机修饰剂对ZnO材料进表面修饰改性,结果表明,有机改性可显著改善ZnO在有机溶剂中的分散性和可溶性。我们将此研究方法延伸到其他一维材料的工艺改进,如:碳纳米管, 烟台大学硕士学位论文 II 也取得了较好的初步效果。 CdS是另一类重要有代表性的功能材料,,具有优异的光学、电学等性质,在各种微纳器件研发和应用方面有重要的作用。考虑到器件的性能强烈依赖于所用材料的形貌,为改善CdS材料的性能,对CdS材料的形貌调控进行了研究。通过水热-溶剂法制备了枝化形状CdS纳米结构,在此基础上,采用导电聚合物对CdS进行改性,制备了CdS-PANi纳米结构复合材料,并通过XRD、TEM、FT-IR、及PL等手段, 对CdS和CdS-PANi复合材料的结构、形貌特征及性能进行了表征。碳纳米管也是重要的一类广受关注的一维功能材料,对一维功能材料的改性,我们也拓展到了碳纳米管体系。Ts的表面进行了氧化处理,分别采用无机氧化物、 Ts进行了表面修饰改性,并采用XRD、TEM、 FT-IR、UV-Vis等手段对改性前后产物的结构、形貌和性能进行了表征,取得了一些较好的结果。关键词:一维微纳米功能材料;水热法制备;形貌调控;有机功能化改性;性能研究; 烟台大学硕士学位论文 III Abstract Nano/micro-functional material is one of the most active functional materials in the current scientific and technological -dimensional nano/micro-functional materials have broad application prospects in the nano-light-emitting devices, sensors, photocatalytic materials, nano-bio technology and other fields due to their unique structure and excellent optical, electrical, the research progess on one-dimensional material in recent years,fabrication and character