《微纳米技术》教学课件PPT
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核壳结构微纳米材料应用技术l 核壳是由一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另一核壳是由一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另一种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。l 核壳型纳米微粒由于表面覆盖有与核物质不同性质纳米粒核壳型纳米微粒由于表面覆盖有与核物质不同性质纳米粒子,因此表面活性中心被适当的壳所改变,常表现出不同于模子,因此表面活性中心被适当的壳所改变,常表现出不同于模板核的性能,如不同的表面化学组成、稳定性的增加、较高的板核的性能,如不同的表面化学组成、稳定性的增加、较高的比表面积等,这些粒子被人为设计和可控制备以满足特定的要比表面积等,这些粒子被人为设计和可控制备以满足特定的要求。求。李永刚吴箫纳米纳米纳米纳米+核核-壳复合体壳复合体纳米纳米微米微米+核核-壳复合体壳复合体 不不仅仅大大大大降降低低使使用用纳纳米米材材料料的的成成本本,提提高高微微米米材材料料的的使使用用性性能能及及附附加加值值,而而且且解解决决了了纳纳米米粉粉体体使使用用难难的的问问题。题。经经过过颗颗粒粒包包覆覆得得到到核核-壳壳结结构构材材料料不不仅仅是是粒粒子子工工程程急急待待解解决决的的问问题题,而而且且为为纳纳米米材材料料的的应应用用开开辟辟了了一一种种新新的的思思路路和途径,成为目前材料科学研究热点之一和途径,成为目前材料科学研究热点之一制备核制备核-壳材料的重要性壳材料的重要性 不仅有效避免单一纳米粒子的团聚问题,而且还可充不仅有效避免单一纳米粒子的团聚问题,而且还可充分发挥纳米粒子的优异的性能,提高其使用效果分发挥纳米粒子的优异的性能,提高其使用效果 2.核核-壳结构材料的分类壳结构材料的分类:按包覆类型按包覆类型按粒子成分按粒子成分有机有机-有机包覆有机包覆有机有机-无机包覆无机包覆无机无机-无机包覆无机包覆按组分数目按组分数目 单组分包覆单组分包覆多组分包覆多组分包覆 按粒子尺寸按粒子尺寸 微米微米-亚微米包覆、微米亚微米包覆、微米-纳米包覆、纳米包覆、亚微米亚微米-纳米包覆、纳米纳米包覆、纳米-纳米包覆纳米包覆微米微米-微米包覆微米包覆 4.3 核壳结构纳米材料的形成机理(1)化学键作用机理化学键作用机理(2)静电相互作用机理静电相互作用机理(3)吸附层媒介作用机理吸附层媒介作用机理 例如:在用 SiO2 包覆 TiO2 的研究中发现,由于 SiO2、TiO2 这类无机氧化物纳米颗粒在水中可与水分子发生水合作用,产生羟基,使二者结合形成化学键。(1)化学键作用机理化学键作用机理(2)静电相互作用机理静电相互作用机理这种机理认为,包覆剂带有与基体表面相反的电荷,靠库仑引力使包覆剂颗粒吸附到被包覆颗粒表面。(3)吸附层媒介作用机理吸附层媒介作用机理将无机颗粒进行表面处理,形成一层有机吸附层,用经过这种处理的颗粒作核,通过吸附层的媒介作用,可以提高无机颗粒与有机物质的亲和性,进行有机单体的聚合,从而获得复合胶囊化颗粒。核壳结构纳米材料的性能光学性质的改变半导体纳米晶可应用于生物荧光标记和光电装置,但对其高荧光量子效率和光降解的稳定性有很高的要求。近年来,已经证实比较有效的手段是在半导体纳米晶颗粒表面包覆带隙比内核材料要宽的半导体材料,壳层的修饰作用可极大地提高内核的荧光量子产率,并增强稳定性,而且在一定的光波段带隙能量可调。催化剂稳定性及催化活性的变化TiO2 广泛用作白色涂料、催化剂、催化剂载体。作为催化剂,高表面积的 TiO2 是热不稳定的,容易团聚而使表面积变小。提高 TiO2 热稳定性的通常做法是将 TiO2 包覆在高表面积的颗粒上,据报导包覆在 SiO2 表面上的 TiO2 催化剂可以稳定到 1058K。颗粒稳定性的提高表面包覆最广泛的应用是提高被包覆材料的化学稳定性,由于纳米颗粒具有尺寸小、比表面积大的特点,因此性质活泼,表面能大,颗粒非常容易团聚。核/壳型复合纳米材料的应用前景作为一种有序的复合结构,核/壳型复合纳米材料带来了许多单一纳米材料无法得到的性能,具有许多新用途。随着构成核芯和壳层纳米材料的品种和类型不同,得到的目标性质也不同,应用领域也不同。将两种具有不同能带的半导体纳米微粒进行上述复合,利用窄带隙半导体微粒敏化宽带隙半导体纳米微粒,相互匹配,可提高材料在光电转换、非线性光学性、电色转换、太阳能电池、高密度信息贮存装置等应用方面的性能。由生物相容性聚合物构成的核/壳型复合纳米结构可保护生物酶、DNA 及其他生物活性物质的生物活性,并且可作为这些物质控制释放的载体,实现药物的靶向治疗。在催化方面,核/壳型结构的催化剂可实现可控催化反应这种结构还可以保护芯材不受外界环境的化学侵蚀,解决纳米粒子的团聚等问题。将芯材物质去除,得到中空的纳米笼,可用作纳米粒子合成反应器、分离器等。谢谢观看
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