氧化锌微晶的制备和形貌控制

本文在溶液体系中合成了多种形貌的氧化锌(ZnO)微晶。所得花状、雪花状、棒状、多刺球状和棱柱状氧化锌微晶用粉末X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行了鉴定和表征,考察了反应条件如溶剂、温度及pH值对ZnO微粒尺寸和形貌的影响,初步探讨了不同形貌ZnO微粒的生长机理。该文对制备形貌可控的氧化物具有一定的指导意义。     

不同形貌纳米氧化锌的水热法合成

以氯化锌为锌源,以氢氧化钠为碱源,采用水热法合成了不同形貌的纳米氧化锌;探讨了晶化时间、晶化温度、表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对纳米ZnO形貌的影响.结果表明:不添加CTAB时,在120℃下反应24h得到的纳米氧化锌为颗粒状,而在160℃下反应24h得到的纳米氧化锌为片状.当添加CTAB后,在120℃可得到片状氧化锌,而在160℃可得到颗粒状氧化锌.     

微纳结构富锂锰基层状正极材料的形貌调控与储锂性能

以金属醋酸盐为原料, 尿素为沉淀剂, 采用水热法辅助高温煅烧制备了三维微纳结构富锂锰基层状材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂. 通过调整反应溶剂实现了镍钴锰碳酸盐前驱体向球状和纺锤体状的导向性生长. 其中纺锤体状富锂材料在0.1C倍率下首次放电容量接近300 mA·h/g, 在5C大倍率下放电容量能够达到92 mA·h/g, 在0.5C倍率下循环70周容量保留率能够达到85%.     

分级结构氧化锌的制备及形貌调控

以单一和混合锌盐为锌源, 氢氧化钠为沉淀剂, 丙氨酸和离子液体(IL)为表面活性剂, 通过水热法制备了不同形貌的分级结构氧化锌粉末. 通过X射线衍射仪(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 红外光谱仪(IR)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对样品进行了表征, 并探讨了锌源(单锌盐、 混合双锌盐及三锌盐)、 离子液体种类及用量、 丙氨酸用量和温度等变量对产物形貌的影响, 推测了在分级结构氧化锌形成过程中阴离子对样品形貌的调控作用.     

表面活性剂种类对纳米氧化锌形貌的影响

利用简单的水热法,以Zn(Ac)2.2H2O为锌源,通过调整表面活性剂的种类及碱源,制备了一系列不同形貌的纳米结构氧化锌;利用场发射扫描电子显微镜和X射线粉末衍射仪分析了产物的形貌和晶体结构,并探讨了多种表面活性剂和醋酸钠碱源对氧化锌纳米结构的影响.结果表明,以NaOH作为碱源时,在不添加任何表面活性剂的情况下,产物的形貌结构与氢氧化钠的加入量有关,当n(Zn2+)∶n(OH-)为1∶2.5、1∶10及1∶20时,分别得到片状、棒状及海胆状纳米结构的氧化锌;产物均为六方相氧化锌.     

BSA在不同形貌氧化锌材料上的吸附热力学

采用高分子模板法合成了4种不同形貌的ZnO,分别为球状颗粒(ZnO NPs)、针状(ZnO NRs)、片状(ZnO NSs)和棒状(ZnO NBs).利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对产物进行了表征.通过傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和圆二色光谱仪(CD)研究了小牛血清白蛋白(BSA)在不同形貌ZnO上的等温吸附规律、吸附热力学和吸附作用机理.结果表明,4种不同形貌的ZnO对BSA的吸附均较好地符合Langmuir等温吸附模型;吸附量随温度的升高略有增加;从热力学参数(ΔG,ΔH,ΔS)可知,吸附反应为自发进行的吸热反应,作用机理主要为氢键和静电作用.从热力学角度,针状的ZnO更有利于BSA的吸附.     

多级结构氧化锌的构筑、形貌调控及其光催化活性

分别以混合常见二锌盐为锌源,以离子液体和柠檬酸钠为表面活性剂,在绿色温和的条件下采用二次沉积法制备出多级结构氧化锌。用XRD、IR、SEM、UV-Vis、PL等表征了样品的组成、结构、形貌、光致发光性能及光催化性能。探讨了表面活性剂、阴离子、温度等因素对氧化锌形貌的影响。结果表明,由不同表面活性剂所得到样品的多级结构有较大的差异。此外,推测了在多级结构氧化锌形成过程中,阴离子和温度对样品形貌的调控作用,并对比了三种典型样品的光催化性能,其中样品-1的光催化性能最好。     

多级结构氧化锌的构筑、形貌调控及其光催化活性

分别以混合常见二锌盐为锌源, 以离子液体和柠檬酸钠为表面活性剂, 在绿色温和的条件下采用二次沉积法制备出多级结构氧化锌。用XRD、IR、SEM、UV-Vis、PL等表征了样品的组成、结构、形貌、光致发光性能及光催化性能。探讨了表面活性剂、阴离子、温度等因素对氧化锌形貌的影响。结果表明, 由不同表面活性剂所得到样品的多级结构有较大的差异。此外, 推测了在多级结构氧化锌形成过程中, 阴离子和温度对样品形貌的调控作用, 并对比了三种典型样品的光催化性能, 其中样品-1的光催化性能最好。     

锌蒸气的氧化行为与氧化锌的结晶形貌

用热重法测定了不同气氛下锌蒸气的氧化动力学曲线,用扫描电镜跟踪观察分析了产物的结晶形貌,结果表明,氧化动力学遵守直线规律时,产物是无定形、颗粒状和单针状的ZnO;氧化动力学为抛物线规律时,产物是四针状或多针状的ZnO.动力学转变规律的原因是锌蒸气中气态锌原子与凝聚生成的锌液滴之间存在动态平衡,气态锌原子的氧化过程遵守直线规律;而锌液滴的氧化过程分为两个阶段,分别受收缩球状界面反应模型R₃和三维扩散模型D4动力学控制,表观活化能分别为106.3～108.2和114.2～117.3kJ/mol;扩散过程实际上是锌原子通过氧化膜层由里向外扩散,扩散系数D=2.46～9.70×10^-5cm²/s.     

微纳稀土颗粒精密分级实验及理论研究

通过研究微纳稀土颗粒湿法离心分级的原理,发现传统的离心分级与实验结果存在偏差,提出微纳颗粒离心分级过程受到颗粒间作用力的假设,建立了微纳稀土颗粒在离心分级中的受力模型。首先通过间接计算得到颗粒间作用力变化趋势,将其与实验结果对比,可验证颗粒间作用力影响颗粒在离心分级中的受力运动;通过将公式计算结果与实验结果对比,得到颗粒间作用力的大小取决于颗粒粒径、悬浮液质量分数和离心转速3个因素,最后推导出考虑颗粒间作用力的适合微纳颗粒的离心分级粒径公式,表明在离心分级理论中引入颗粒间作用力的理论可以更准确地描述微纳颗粒离心分级规律,对微纳颗粒的工业化精密分级具有很强的理论指导意义。     

一种新颖的微纳流体器件制造方法与痕量富集应用

建立了一种利用光致聚合反应制备微纳流体器件的新方法,并开展了相应的痕量富集实验研究:建立描述光致聚合反应中引发剂分解、自由基消耗、聚合反应等的理论模型,利用COMSOL软件计算分析了微尺度凝胶光致聚合反应过程,获得凝胶纳米筛宽度随曝光时间和光强的变化规律;以倒置荧光显微镜为平台,通过聚焦和分光等控制手段,在微流道的特定区域实现孔密度可调的凝胶纳米筛集成,形成微纳流控芯片;以Poisson-Nernst-Planck模型为基础,对纳流体电动富集过程进行计算,确定纳孔密度与富集倍率的关系;利用制备的芯片开展纳流体电动富集实验,发现前驱液中单体丙烯酰胺与交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量比为9∶1时,对痕量异硫氰酸荧光素(Fluorescein isothiocyanate,FITC)小分子的富集倍率达到600倍。     

基于随机共振和微纳传感器阵列的六氟化硫检测方法研究

建立了一种基于随机共振和微纳传感器阵列的六氟化硫气体检测方法.使用两个360 μm极间距离的微纳传感器构成的阵列结合随机共振算法,在室温常压,相对湿度70%的条件下检测3.0～24 g/m3 SF6气体及纯SF6气体,以信噪比极大值实现各浓度SF6气体的区分.传感器工作于微电离平衡状态,检测过程中无有害气体产生,安全性较高.为检验该方法的实用性,依据国家标准在温度20 ℃、相对湿度70%和常压条件下模拟现场检测3.0～12 g/m3SF6气体,结果表明: 本方法具有较好的重复性和实用性.     

三维立体结构微纳电极研究

基于体硅加工工艺和纳米材料技术,研制微电机系统(MEMS)尺度敏感微结构与纳米铂颗粒的复合结构,提高微电极电化学性能,制备具有三维立体微结构的安培型微电极传感器.利用硅的各向异性湿法腐蚀技术在毫米级的工作电极表面实现微米级的锥体形微池阵列,以H2O2为检测对象考察立体电极结构对传感器性能的改进效果,实验证明,立体结构的设计使传感器具有更低的检出限(8 μmol/L)及更高的灵敏度(在 0～200 μmol/L浓度范围内检测灵敏度提高约85%),且具有较好的线性和重复性.利用电化学方法在电极表面沉积铂黑,通过微观形貌分析和电化学特性考察,比较了在平面微电极和立体微电极上修饰纳米材料的效果.立体结构为电沉积铂纳米颗粒提供了更为理想的微环境,改善了纳米材料修饰的效果;立体结构微电极与纳米颗粒的尺寸效应相结合,进一步提高了电极的催化效率和电化学特性.     

柔性光电器件发光层用ZnO微纳阵列/聚合物复合材料

采用简单的低温(温度未超过100 °C)溶液法在具有较好柔韧度的基于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底的铟锡氧化物(ITO)导电膜(PET/ITO)上成功制备了聚丙烯酰胺(PAM)修饰的ZnO微纳阵列. 用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)对ZnO微纳阵列的晶体结构和表面形貌进行了表征, 结果表明ZnO阵列的平均直径为150 nm, 长度为3 μm, 端面具有六边形结构, 沿[0001]方向择优生长, 较好地垂直在PET/ITO上; 探讨了ZnO微纳阵列在PAM存在下的形成机理以及所制备的ZnO阵列在柔性光电器件方面的应用; ZnO微纳阵列的光致发光(PL)性能表明, 在没有PAM的存在下, 具有蓝光(457 nm)和绿光(530 nm)缺陷发射峰, 这可能是电子分别从扩展态锌间隙(Zn_i)到价带和从导带到锌位氧(O_Zn)的跃迁引起的, 而在PAM存在下所制备的PAM/ZnO阵列仅仅在400 nm处有一个发射峰, 这是由于电子从Zn_i到价带的跃迁引起的. 基于PAM/ZnO的柔性器件具有较好的二极管特性, 表明其在柔性光电器件方面的应用极具潜力.     

Fe掺杂ZnO空心微球的制备与光催化性能

ZnO是一种重要的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,其能带宽度约为3.37eV,在光电子学、传感、光催化、发电等诸多领域都具有巨大的应用潜力。本文采用简单的离子交换和热蒸发法成功制备了Fe掺杂ZnO空心微球,并利用扫描电镜、透射电镜、X射线粉末衍射仪对其形貌、结构以及成分等进行了详细的表征。光吸收测试证明Fe元素掺杂能够扩展ZnO的光吸收波段,实现波长375~600nm的光波吸收。另外,光催化实验证明Fe掺杂ZnO空心微球能够有效地促进罗丹明B的降解,表明合成的Fe掺杂ZnO空心微球是一种优异的光催化剂。     

ZnO微晶的水热合成及形貌控制研究

以Zn(NH3)4(Ac)2为前驱体,不加任何模板剂和表面活性剂,低温下通过改变反应条件(如前驱体浓度、反应时间及反应温度),实现了对ZnO微晶形貌和尺度的有效控制.所得花状、蜂窝状、柱状ZnO用X射线衍射仪和扫描电镜进行了鉴定和表征,并初步探讨了不同形貌ZnO微晶的生长机理.     

不同形貌氧化锌的微波水热法制备及其光催化性能

采用微波水热法在乙二醇的辅助下,制备出一系列不同形貌的氧化锌(Zn O)纳米/微米颗粒。扫描电子显微镜测试结果表明,乙二醇的加入量对样品的形貌有着非常显著的影响,通过控制乙二醇的加入量,可以得到不规则片状、六方棱柱孪晶、梭子形和球形等形貌的Zn O纳米/微米颗粒。从微波反应器检测压力结果可以看出,乙二醇的加入量对反应体系的压力影响非常显著,这起到了调控纳米晶生长速度的效果进而得到不同形貌的样品。在此基础上,系统测试了样品在氙灯照射下光催化降解罗丹明B的能力,结果表明,乙二醇加入量大于12 m L时的球状样品光催化效率要远高于其他样品,在50 min内能完成对罗丹明B的降解。     

氧化锌空心微球的制备及其催化性能

以乙二醇为溶剂,聚乙二醇-10000为表面活性剂,硝酸锌和醋酸钠为原料,利用溶剂热法,合成了氧化锌空心微球。并用X射线衍射、扫描电子显微镜、热重、比表面和孔径分布等对其进行了表征。考察了硝酸锌用量、聚乙二醇-10000用量、反应时间和反应温度等对氧化锌空心微球形貌和大小的影响。考察了氧化锌空心微球催化分解高氯酸铵的性能,结果表明,由于氧化锌空心微球的加入,高氯酸铵的分解温度由442℃降低至280℃左右。     

尺寸效应对氧化锌微/纳体系热力学性质的影响

采用微乳液水热辅助法合成了三种不同尺寸的手榴弹状ZnO 微/纳结构. 通过设计热化学循环, 建立了纳米ZnO与块体ZnO体系热力学性质之间的关系. 并结合微量热技术对不同尺寸ZnO微/纳体系的热力学性质进行了计算. 结果表明, 尺寸效应对微/纳体系热力学性质有显著的影响: 随着反应物尺度的减小, 体系的标准摩尔反应焓、标准摩尔反应Gibbs 自由能、标准摩尔反应熵均降低, 而材料自身的标准摩尔生成焓、标准摩尔生成Gibbs 自由能、标准摩尔熵均增加.