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金属纳米颗粒有着不同于体相材料的电、磁、光、热学等性质,具有非常广泛的应用前景,吸引着众多研究者投身到这个领域中来。金属纳米颗粒的性质不仅取决于纳米颗粒的尺寸,也与其形貌相关。在本论文中,我们开展了两个方面的研究工作:常压液相法合成了单分散的银纳米颗粒并研究了材料在摩擦学方面的应用,以及运用溶剂热合成法制备了铜、银、金、钯纳米颗粒。
我们设计并运用简单的油胺—液体石蜡体系制备了单分散的银纳米颗粒,深入的研究证明银纳米颗粒形成过程可以分为三个阶段:生长阶段、培育阶段和奥斯特瓦尔德熟化阶段。紫外—可见吸收光谱(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨的透射电镜(HR-TEM)都证实了奥斯特瓦尔德熟化的存在。通过奥斯特瓦尔德熟化,银纳米颗粒的尺寸和尺寸分布可以得到较好地控制。小角X—射线散射(SAXS)研究表明银纳米颗粒可以自组装成为有序阵列。同时,根据文献报道和红外数据,我们提出了银离子被还原的机理是以银离子为催化剂伯胺转变为腈同时银离子被还原形成纳米颗粒。银纳米溶胶的摩擦学研究证明银纳米颗粒作为润滑油添加剂可以显著地改善润滑油的摩擦性能。这个方法已被成功推广应用于金、铜纳米颗粒的合成,并取得了较好的结果。
第二部分的研究工作是运用溶剂热法合成了铜、银、金、钯纳米颗粒。首先,以次亚磷酸钠为还原剂在阳离子型聚合电解质聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)的存在下可以制备铜纳米颗粒,并研究了PDADMAC稳定的铜纳米颗粒的机理。聚合物电解质可以通过空间效应和静电吸引来同时稳定金属纳米颗粒,这对于金属纳米颗粒的长期稳定十分有利。紫外—可见吸收光谱中除了铜纳米颗粒的表面等离子共振吸收峰以外还有一个宽吸收带,这个吸收带是由位于铜纳米颗粒表面的氧化层中的氧化亚铜引起的,加入硝酸或者水合肼以后,铜纳米颗粒表面的氧化层消失。铜纳米颗粒容易被水溶液中的羟基自由基(OH<.>)和氧气氧化成为氧化亚铜和氧化铜,抗坏血酸释放出的氢自由基(H<.>),能够迅速的与羟基自由基和氧气反应,从而起到保护铜纳米颗粒的目的。以抗坏血酸(VC)作为稳定剂,可以减缓铜纳米颗粒被氧化的进程这已经在实验中被证明。最后,我们使用溶剂热合成法制备了银、金、钯纳米颗粒,比较了其与常压下制备的纳米颗粒的性质的异同。