二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒红外漫反射光谱的测量与分析

用FTIR-FTS3000光谱仪和漫反射附件分别采集了二氧化硅纳米颗粒、炭黑纳米颗粒和二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒的不同配比的混合样品的红外漫反射光谱。通过对测量结果的分析,发现二氧化硅纳米颗粒的红外漫反射光谱较之体材料有蓝移和宽化现象,此现象可以用纳米粒子的小尺寸效应和量子尺寸效应来进行初步解释。而碳黑纳米颗粒因为其强吸光性的原因,实验中没有得到理想的光谱。混合样品中,碳黑纳米颗粒有一个最大吸收临界浓度,此时二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒的质量比是100∶20。在这个比例以内,碳黑纳米颗粒的特征峰位的F(R)函数与浓度符合朗伯-比尔定律。当碳黑纳米颗粒在体系中的含量超过这个比值,随着碳黑在体系中比例的增加,吸光度将不再增大。     

纳米材料的分类及其物理性能

 纳米技术是20世纪80年代末迅速发展起来的一门交叉性很强的综合学科,是在0.1-100纳米尺度上研究和利用原子与分子的结构,特性及其相互作用的高新技术。著名的诺贝尔奖获得者费恩曼在60年代就预言:如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,物体就能得到大量的异乎寻常的特性。他所说的物体就是现在的纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点,纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。1.纳米材料的分类以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代,它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1-100ｎｍ范围。     

原子层沉积方法制备核-壳型纳米材料研究

采用原子层沉积方法在碳黑纳米颗粒表面分别沉积Al₂O₃, ZnO, TiO₂和Pt, 成功制备出核-壳型纳米材料. 通过高分辨率透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、 能谱仪对材料的表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析. 结果表明, 原子层沉积方法是制备核壳型纳米材料的理想方法. 此外, 还分析了采用原子层沉积方法沉积不同材料, 所生长的薄膜材料有单晶、多晶、非晶等多种存在形式的形成原因. 关键词： 原子层沉积 核-壳型纳米材料 碳黑纳米颗粒     

纳米材料中的巨磁电阻效应

纳米材料是指三维空间尺度中至少有一维处于纳米量级的材料，通常为１—１００ｎｍ，如纳米微粒，纳米线、管，纳米薄膜或其组合材料，近年来纳米材料中的巨磁电阻效应颇受人们青睐，本文将重点介绍颗粒膜，颗粒合金薄带，非连续多层膜，颗粒—薄膜混合型膜以及磁性隧道结的巨磁电阻效应。     

纳米金属材料的研究进展及战略地位

 纳米材料的含义及其发展背景纳米是一种长度单位,1纳米等于10-9米(即十亿分之一米)。当物质处于纳米级(1～100nm)时,因其独特的结构使之表现出光、电、热、磁和生物活性等特殊功能,人们将这些特殊功能应用于传统工业领域,以改进产品性能、提高质量和降低成本。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。     

面心立方晶格构成的材料其表面与体内原子数之比的一种计算

纳米材料因其较大的比表面积往往显示出不同于其块体材料的性质,尤其是倍受重视的金属纳米材料.组成金属单质材料的晶胞很多是面心立方晶格(密堆积排列的一种形式).为了更好地帮助初学者理解其比表面积的概念,需要找到一种估算金属纳米材料的表面原子数和体内原子数目之比的一种方法.设想金属颗粒材料由最小的面心立方晶胞沿3个轴向等量重复堆砌而成,通过推理,可以得到不同尺寸大小颗粒的表面原子数与体内原子数的递推公式,由此可以估算出这类材料尺寸小到什么程度时其比表面效应就会突显出来.     

NbSe2纳米颗粒锁模的2μm光纤激光器

高重频大脉冲能量激光在基础科学研究以及通信、探测、材料加工等应用领域具有重要价值。报道了溶液法制备的过渡金属二硫化物NbSe2纳米颗粒材料的线性和非线性光学特性,并利用其2μm波段可饱和吸收特性对掺铥光纤激光器进行被动调制实现了2μm锁模激光输出。线性测量发现NbSe2纳米材料的光学吸收覆盖近红外到近中红外波段且随波长增加而降低;非线性光学测量显示NbSe2纳米材料在2μm波段的调制深度为6.5%、饱和强度为19 MW·cm^−2。然后我们把NbSe2纳米材料转移到金镜上制作成可饱和吸收器件,并对掺铥光纤激光器进行调制得到2μm耗散孤子谐波锁模激光,单脉冲能量为3.36 nJ,脉冲宽度为1.48 ns,重复频率为50.66 MHz。激光光谱的中心波长为1910.8 nm,光谱宽度为5.8 nm。首次在2μm光纤激光器中采用NbSe2纳米颗粒实现耗散孤子锁模,证明了NbSe2纳米材料在2μm波段的非线性光学调制能力,结合纳米颗粒的可集成特性,溶液法制备的NbSe2纳米材料有望成为一种新型的宽谱非线性光电调制材料/器件。     

不同生长环境下砷化镓纳米颗粒的应变场模拟

对于埋嵌在薄膜材料中的纳米颗粒,在其生长过程中总是不可避免地伴随着应变场的产生,而这种应变场的分布能反映纳米颗粒的结构变化,纳米颗粒结构与它的物理性能有重要的关系.研究埋嵌在不同薄膜材料中的纳米颗粒生长过程中的应变场分布对于调控纳米颗粒的物理性能有着重要的意义.本文利用有限元算法分别计算了埋嵌在非晶氧化铝薄膜和非晶二氧化硅薄膜材料中的砷化镓纳米颗粒生长过程中的应变场分布.砷化镓纳米颗粒在以上两薄膜材料生长过程中都受到非均匀偏应变作用.对于埋嵌在氧化铝薄膜中的砷化镓纳米颗粒,其生长过程中,纳米颗粒内部受到的应变大于纳米颗粒表面受到的应变;而对于埋嵌在二氧化硅薄膜中的砷化镓纳米颗粒,纳米颗粒内部受到的应变小于纳米颗粒表面受到的应变.选择砷化镓纳米颗粒生长的薄膜材料可以调控纳米颗粒生长过程中的应变场分布,从而进一步调控纳米颗粒的晶格结构和形貌及其物理性能.     

磁性纳米颗粒膜的微磁学模拟

用微磁学方法对磁性纳米颗粒膜的磁特性进行了模拟，采用的模型是由122个磁性纳米颗粒组成的面心立方(fcc)结构体系.结果表明：在该体系中，偶极相互作用对体系的静态磁结构的影响显著，而交换相互作用的影响表现不明显.在此基础上，本文还采用有效媒质理论计算分析了磁性合金颗粒不同体积比时颗粒膜的磁谱和表征电磁参量发生显著变化的逾渗现象和逾渗阈值.并完成了对高磁损耗磁性纳米颗粒膜的材料设计. 关键词： 微磁学 纳米颗粒膜 逾渗阈值 磁导率 材料设计     

银/二氧化钛核壳纳米颗粒对碲化镉纳米晶的荧光增强研究

利用新合成的复合纳米结构银/二氧化钛核壳纳米颗粒,研究了金属银纳米颗粒对碲化镉纳米晶层荧光的增强情况.结果表明,这种新型复合金属纳米结构能极大地增强发光纳米晶层的荧光强度.银/二氧化钛核壳纳米颗粒是以水合肼、硝酸银和四异丙氧基钛为原材料,利用胶体化学法在水溶液中合成.透射电子显微镜图片表明这种新合成的银/二氧化钛纳米材料基本上呈球形,有较为明显的核壳结构,中间黑色的核是银纳米颗粒,外层颜色较浅部分是二氧化钛壳层.另外,包裹二氧化钛壳层后,银纳米颗粒的表面等离子吸收带从409 nm红移至430 nm,也证实了这种新型核壳纳米材料的形成.将此合成方法得到的银/二氧化钛纳米颗粒和碲化镉纳米晶用旋转涂覆方法进行直接组合后,得到了银纳米颗粒对碲化镉纳米晶荧光的明显增强,并对其增强的物理过程进行了讨论.这种能够增强荧光团发光的新型复合银纳米结构将在发光器件、荧光成像、生物探测等方面具有一定的应用价值.     

低温固相反应法制备的NiFe2O4纳米颗粒的结构与磁性

采用低温固相反应法制备了晶粒尺寸在8-47 nm之间的NiFe2O4纳米颗粒系列样品,用X射线衍射仪(XRD)、高分辨中子粉末衍射谱仪、振动样品磁强计和超导量子干涉仪等对样品的晶体结构、宏观磁性和纳米颗粒的表面各向异性进行了分析研究.XRD和中子衍射测量结果显示纳米颗粒的晶格常数略高于块体材料,样品的氧参量表明纳米颗粒的晶格畸变程度没有块体材料严重.相对块体材料,纳米颗粒具有较小的磁化强度、较大的矫顽力和各向异性能密度.纳米颗粒从多畴转变为单畴的临界尺寸约为40 nm,超顺磁性临界尺寸约为16 nm.     

纳米复合材料发展趋势

系统总结了近二三年来国内外纳米复合材料研究的状况，并对纳米复合材料发展的趋势和新动向进行评述，指出它的研制是纳米材料工程的重要组成部分，由于应用目标明确，在纳米涂层材料，高力学性能材料，高分子基纳米复合材料，磁性材料，光学材料，高介电材料及仿生材料等方面将有突破性进展，成为世纪之交纳米材料科学中最为活跃的领域之一。     

铝纳米颗粒的热物性及相变行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了纳米金属铝在粒径为0.8-3.2 nm 时的熔点、密度和声子热导率的变化, 研究了粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、比热和声子热导率随温度的变化. 采用原子嵌入势较好地模拟了纳米金属铝的热物性及相变行为, 根据能量-温度曲线和比热容-温度曲线对铝纳米颗粒的相变温度进行了研究, 并利用表面能理论、尺寸效应理论对铝纳米颗粒熔点的变化进行了分析. 随着纳米粒径的不断增大, 铝纳米颗粒的熔点呈递增状态, 当粒径在2.2-3.2 nm时, 熔点的增幅减缓, 但仍处于递增趋势. 随着纳米粒径的增大, 铝纳米颗粒的密度呈单调递减, 热导率则呈线性单调递增, 且热导率的变化情况符合声子理论. 随着温度的升高, 粒径为1.6 nm的铝纳米颗粒的密度、热导率均减小. 该模拟从微观原子角度对纳米材料的热物性进行了研究, 对设计基于铝纳米颗粒的相变材料具有指导意义.     

链状Pt-Ni纳米颗粒的制备、表征及高效电催化性能

开发高效、稳定的电催化剂是燃料电池走向实用的关键.为了解决催化剂因尺寸效应引起的催化活性和稳定性之间的矛盾,采用简便的一步溶剂热法设计合成了具有一维链状结构的Pt-Ni合金纳米颗粒催化剂.链状Pt-Ni纳米颗粒由平均尺寸约为10 nm的纳米颗粒和直径约为3 nm,长度为几百纳米的纳米线组装而成,该结构具有零维纳米颗粒高的比表面积和一维纳米线高的结构稳定性优势,可显著提高甲醇氧化反应的催化活性和稳定性,其质量活性和比活性分别是商业Pt/C纳米催化剂的5.7倍和7.6倍.经1000圈循环伏安测试后,该纳米材料仍保留91.2%的比活性,远高于商业Pt/C的4.4%.制备的一维链状结构很好地解决了纳米颗粒催化剂在反应中的团聚问题,为获得同时具有较高催化活性和稳定性的Pt基纳米催化剂提供了新的途径,有望实现大范围工业化应用.     

表面等离子激元双增强β-NaYF4:Er3+上转换研究

用共沉淀法制备了_β-NaYF_4∶Er~(3+)纳米颗粒.通过化学还原法、晶种生长法分别制备银纳米立方颗粒及金纳米棒,并将其掺杂到_β-NaYF_4∶2%Er~(3+)纳米颗粒中形成复合体系,利用表面等离子激元增强效应分别实现_β-NaYF_4∶Er~(3+)上转换发光的激发和发射增强.当银纳米立方颗粒掺杂量为60μL时,上转换发光强度整体增强4.0倍;当金纳米棒掺杂量为60μL时,上转换发光强度整体增强7.8倍.在此基础上,将两种贵金属纳米颗粒同时掺杂到_β-NaYF_4∶Er~(3+)纳米颗粒材料中,实现了该材料上转换发光激发和发射双增强,上转换发光强度增强了16.0倍.     

低温固相反应法制备的NiFe2O4纳米颗粒的结构与磁性

采用低温固相反应法制备了晶粒尺寸在8—47nm之间的NiFe₂O₄纳米颗粒系列样品，用X射线衍射仪(XRD)、高分辨中子粉末衍射谱仪、振动样品磁强计和超导量子干涉仪等对样品的晶体结构、宏观磁性和纳米颗粒的表面各向异性进行了分析研究.XRD和中子衍射测量结果显示纳米颗粒的晶格常数略高于块体材料，样品的氧参量表明纳米颗粒的晶格畸变程度没有块体材料严重.相对块体材料，纳米颗粒具有较小的磁化强度、较大的矫顽力和各向异性能密度.纳米颗粒从多畴转变为单畴的临界尺寸约为40nm，超顺磁性临界尺寸约为16nm.     

CoFe2O4纳米颗粒的结构、磁性以及离子迁移

聚乙烯醇(PVA)溶胶凝胶法制备出CoFe2O4纳米微粉,用X 射线衍射研究了铁氧体纳米颗粒的结构.测量了CoFe2O4纳米颗粒80-873 K的变温穆斯堡尔谱,发现纳米颗粒的磁转变温度范围为793-813 K,比块体材料的磁性转变温度要低.CoFe2O4纳米颗粒的德拜温度θA=674 K,θB=243 K,比块体材料要小.CoFe2O4纳米颗粒超精细场Hf随温度的变化符合T3/2+T5/2定理.当温度较高时,平均同质异能移IS随温度的升高而减小,并呈线性关系.     

Eu3+:Y态效应2O3纳米微粒的尺寸效应和表面的研究

通过相同掺杂浓度但不同颗粒尺寸的Eu:Y2O3纳米晶,和相同颗粒尺寸但掺杂浓度不同的纳米晶的发光衰减曲线研究了表面态和限域作用对能量传递的影响.纳米晶与体材料相比,有更高的猝灭浓度,分析了纳米材料中发光中心的猝灭浓度提高的原因.由于纳米材料与体材料相比,纳米晶中的缺陷密度很小,纳米晶中有较少的体猝灭中心.选择合适的颗粒尺寸并对其进行表面修饰,将获得较高发光效率和较高的猝灭浓度.     

聚乙烯/银纳米颗粒复合物的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟对聚乙烯/银纳米颗粒复合物的结构、极化率和红外光谱、热力学性质、力学特性进行计算, 分析其随模拟温度和银颗粒尺寸的变化规律. 模拟结果表明: 聚乙烯/银纳米颗粒复合物为各向同性的无定形结构, 温度升高可提高银纳米颗粒的分散均匀性; 银纳米颗粒表面多个原子层呈现无定形状态, 并在银颗粒和聚乙烯基体的界面形成电极化层, 界面区域随颗粒尺寸和温度的增加分别减小和增加; 与聚乙烯体系相比, 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的极化率高很多, 且随温度的升高和银颗粒尺寸的减小而增大; 银颗粒尺寸直接影响界面电偶极矩的强度和振动频率, 红外光谱峰强度和峰位随颗粒尺寸发生变化; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物具有比聚乙烯体系更高的等容热容和与聚乙烯体系相反的负值热压力系数, 热容随颗粒尺寸的变化较小, 但随温度的升高而明显减小, 具有显著的温度效应; 热压力系数随温度的变化较小, 但随颗粒尺寸的增加而减小, 具有明显的尺度效应, 温度稳定性更好; 聚乙烯/银纳米颗粒复合物的力学特性表现出各向同性材料的弹性常数张量, 具有比聚乙烯体系更高的杨氏模量和泊松比, 并且都随温度的升高和银颗粒尺寸的增大而减小, 加入银纳米颗粒可有效改善聚乙烯的力学性质. 关键词： 分子动力学模拟 聚合物纳米复合物 纳米颗粒     

疏水纳米颗粒对仿生膜流动性的影响: 尺寸效应

金属纳米颗粒与仿生膜的组装材料具有广阔的应用前景, 但纳米颗粒载入对仿生膜的物理性质的影响却存在争议. 在本文中, 我们合成了大于与小于膜厚度的疏水金纳米颗粒 (LPNs与SNPs), 系统地研究了粒子载入对膜流动性的影响. 通过荧光漂白恢复实验发现, LPNs与SNPs分别降低与提高磷脂的侧向扩散率. 基于荧光光谱实验与理论分析, 得到LPNs与SNPs分别通过空间位阻、改变磷脂有序度两种机制影响磷脂的侧向运动. 研究结果对构建功能性纳米颗粒磷脂组装体, 通过纳米材料调控仿生膜功能方面提供了参考.