层状绢云母表面无机纳米膜的构筑及其光学性质研究

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无机纳米膜复合材料具有特殊电、磁、光学性质,在集成电路、传感器、光滤波器、化妆品、塑料、油墨、涂料等许多领域具有良好的应用前景。无机纳米膜复合材料的研究越来越受到关注。本论文运用X射线粉末衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等技术分析了层状绢云母无机纳米膜复合材料表面纳米膜结构,采用扫描电子显微镜(SEM)分析了无机纳米膜的形貌,研究了层状绢云母表面无机纳米膜成膜机理,采用CIE光学体系分析了层状绢云母无机纳米膜复合材料的光学性质,研究了层状绢云母无机纳米膜复合材料的结构与光学性质的构效关系。采用液相沉积法与La3+掺杂相结合,制备了绢云母钛无机纳米膜复合材料。研究结果表明,当反应体系中不存在La3+时,锐钛矿型二氧化钛纳米膜通过Ti-O-Si键和Ti-O-Al键结合在绢云母表面,当反应体系中存在La3+,在锐钛矿型二氧化钛纳米颗粒生长过程中,二氧化钛表面形成Ti-O-La键,促使生成小粒径的二氧化钛纳米颗粒,La3+通过La-O-Al键和La-O-Si键结合在绢云母表面,且绢云母表面上的A13+优先与La3+成键,二氧化钛纳米膜通过Ti-O-Si键结合在绢云母表面,La3的存在提高了二氧化钛纳米颗粒在层状绢云母表面上的分散性与均匀性,体系中存在La3+制得的绢云母二氧化钛纳米膜复合材料具有较高的光散射指数。采用液相沉积法与转晶剂结合技术制备了绢云母金红石型二氧化钛纳米膜复合材料。在反应体系中添加Sn4+后,Sn4+离子取代了二氧化钛晶格中的Ti4+离子。由于金红石型TiO2与二氧化锡都为四方晶体结构,且具有相似的晶胞参数,因此,二氧化锡微晶作为二氧化钛直接由无定型向金红石型转化的晶种,诱导金红石型纳米二氧化钛的生成。同时,Sn4+离子通过Al-O-Sn键和Si-O-Sn键结合在绢云母表面,二氧化钛纳米包覆层通过Ti-O-Sn键结合在绢云母表面。相对于层状绢云母基底,绢云母金红石型二氧化钛纳米膜复合材料具有较高的光散射系数,且与体系中不存在Sn4+时制得的绢云母锐钛矿型二氧化钛纳米膜复合材料相比,体系中存在Sn4+制得的样品具有较高的光散射指数。采用液相沉积法,以绢云母为基底,氯化铁、硝酸铋、硝酸钴、硝酸铝等为无机纳米膜前驱体,构筑了氧化铁、氧化铋与偏铝酸钴层状绢云母无机纳米膜复合材料。氧化铁在绢云母表面形成了致密而均匀的纳米包覆膜,并通过Fe-O-Si键和Fe-O-Al键结合在绢云母表面。片状氧化铋及片状偏铝酸钴垂直结合在绢云母表面形成纳米膜包覆层,分别通过Bi-O-Si、Bi-O-Al和Co-O-Si、Al-O-Si键结合在绢云母表面。制得的着色无机纳米膜复合材料的光学性质不仅与纳米膜的厚度有关,还与无机着色纳米膜的形貌密切相关。采用液相沉积法,以金红石型云母钛为基底,氯化铁、硝酸铋、硝酸钴、硝酸铝为无机纳米膜前驱体,构筑了氧化铁,钛酸铋与偏铝酸钴层状绢云母钛无机纳米膜复合材料。氧化铁在绢云母钛表面形成了致密而均匀的纳米膜包覆层,并通过Fe-O-Ti键结合在绢云母钛表面。片状钛酸铋及片状偏铝酸钴垂直结合在云母钛表面形成纳米膜包覆层,片状钛酸铋2与片状偏铝酸钴分别通过Bi-O-Ti和Co-O-Ti、Al-O-Ti键结合在云母钛表面。制得的着色无机纳米膜复合材料中无机纳米膜的厚度与形貌影响复合材料的光学性质。本论文的研究结果表明,绢云母基底无机纳米膜复合材料表面结构、形貌与光学性质与无机纳米膜材料物理化学性质有关。研究结果对层状绢云母表面无机纳米膜的构筑具有理论指导意义。绢云母无机纳米膜复合材料具有替代耐候性差、生产过程高污染有机颜料的潜在用途。
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