纳米类流体制备技术、结构与形成机制

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:jayzhoujian
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纳米类流体是一种无溶剂的纳米粒子悬浮液,故它们又被称为自悬浮纳米粒子。在室温或接近室温的条件下,纳米类流体不用借助任何溶剂便能表现出类似于液体的流动性。这种反常的性质来源于它们的内在结构:这种体系是由以固态的纳米粒子为核、柔性的长链有机分子为壳的基本单元组成,且核、壳之间通过共价键结合,因此纳米类流体体系被描述成为单组份系统。本文采用pH值调节法使碳酸钙纳米粒子表面带上足够多的羟基,然后与有机硅烷季铵盐进行接枝,得到有机阳离子盐,再与带有聚氧乙烯链的磺酸阴离子通过静电结合得到碳酸钙纳米类流体。流变性能测试证实了碳酸钙纳米类流体在无溶剂的条件下具有类液体行为。透射电镜分析结果揭示了这种类液体行为的本质:每一个碳酸钙纳米粒子表面都被厚度约为6nm的有机壳层包覆,该壳层结构很好地保证了各个纳米粒子之间的相对滑移。对纳米类流体的制备方法进行了优化。分别对采用离子萃取法和酸碱反应法制备的二氧化硅纳米类流体的结构与性质进行了研究。通过红外光谱、X射线衍射、热重、透射电镜及流变测试等分析手段对离子萃取法制备的产物进行了系统的表征。结果发现,这种方法能够保证反应过程中离子交换完全,并能制得性能优良的二氧化硅纳米类流体。通过红外光谱、X射线衍射、透射电镜及流变测试等分析手段对酸碱反应法制备的产物进行了系统的表征。结果发现,这种方法也能制得性能优良的二氧化硅纳米类流体。对采用离子萃取法和酸碱反应法制备的两类共5种碳纳米管类流体进行了红外光谱、拉曼光谱、热重、透射电镜及流变性能的对比分析。结果显示,纳米粒子的尺寸和表面官能团都是影响类流体产物性质的关键因素;这两类1维纳米类流体具有软玻璃材料的性质,这是由1维纳米材料自身的空间尺寸和接枝在表面的长链有机分子共同决定的;对于各种不同的碳纳米管类流体,能够观察到的有机壳层结构的厚度不同;具有不同有机壳层厚度的碳纳米管类流体同时也拥有不同的流变性质,壳层厚度与流变性质的对应关系反应出接枝在碳管表面上的长链有机分子在纳米类流体的形成过程中发挥的作用。
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