納米鎳與鎳-聚苯胺納米復(fù)合材料的制備和性能研究.pdf

1、磁性納米粒子尺寸、結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)的控制和團(tuán)聚問(wèn)題的解決一直是近年來(lái)磁性納米復(fù)合材料理論研究和應(yīng)用領(lǐng)域十分關(guān)注的問(wèn)題。作為具有良好電、磁特性的磁性金屬-納米鎳，可廣泛應(yīng)用于磁性材料、導(dǎo)電漿料等領(lǐng)域。將納米鎳與導(dǎo)電聚合物聚苯胺(PANI)進(jìn)行原位復(fù)合，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電、磁性能的復(fù)合，而且通過(guò)控制其組成和微觀結(jié)構(gòu)可獲得具有高磁化率和適宜介電常數(shù)的PANI/Ni導(dǎo)電磁性納米復(fù)合材料，PANI/Ni在微波吸收和電磁流變液領(lǐng)域可望具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

2、 本文采用低成本小分子有機(jī)醇液相還原法，在均相成核條件下成功地合成了具有納米尺度的磁性金屬鎳納米粒子，并對(duì)合成條件、粒徑控制、表面修飾、磁自組裝納米結(jié)構(gòu)和磁性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究。在此基礎(chǔ)上分別采用原位復(fù)合方法和乳液聚合方法制備了PANI/Ni導(dǎo)電磁性納米復(fù)合材料，研究了PANI/Ni結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。 通過(guò)對(duì)1，2丙二醇在均相成核條件下液相還原反應(yīng)研究，成功合成了具有納米尺度的磁性金屬鎳，并提出了鎳納米粒子粒徑控制合

3、成的方法。研究發(fā)現(xiàn)：丙二醇作還原劑可以提高反應(yīng)速率、縮短反應(yīng)時(shí)間；FT-IR發(fā)現(xiàn)納米鎳表面原子與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分子間存在著化學(xué)鍵。用PVP作穩(wěn)定劑時(shí)，可以抑制納米鎳晶粒的長(zhǎng)大，防止團(tuán)聚，有效地控制了納米鎳的粒徑和粒度分布，實(shí)驗(yàn)所得的納米鎳粒徑為25nm且具有單分散面心立方結(jié)構(gòu)；反應(yīng)中加入適量的NaOH可以提高還原反應(yīng)速率、有效調(diào)節(jié)納米粒子大小。NaOH提高粒徑均勻性機(jī)理是由于在高溫下生成難溶的中間相具有控制鎳離子釋放的“緩釋”

4、作用，使鎳的濃度得到控制，在鎳成核和生長(zhǎng)過(guò)程分開(kāi)，最終形成粒徑均勻的納米粒子。 通過(guò)調(diào)整分散溶液中單疇磁性納米粒子的濃度，首次觀察到鎳納米粒子單個(gè)類(lèi)“手鐲”形磁自組裝納米結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)聚合物保護(hù)磁性納米粒子的相互作用和不同自組裝納米結(jié)構(gòu)的作用能的理論分析，探討了自組裝結(jié)構(gòu)形成的條件和機(jī)理。 采用油酸表面活性劑原位化學(xué)修飾法，極大地提高了鎳納米粒子的親油疏水性和耐酸性。FTIR和XPS分析表明，油酸分子層與鎳納米粒子的表面原

5、子以橋聯(lián)雙齒配位的作用方式結(jié)合。因此，油酸分子可以在反應(yīng)中抑制晶粒生長(zhǎng)，防止納米粒子團(tuán)聚，并賦予納米鎳親油耐酸特性。 采用以表面油酸修飾的鎳納米粒子與帶負(fù)電的陰離子表面活性劑形成的乳液為模板，通過(guò)苯胺鹽陽(yáng)離子在膠粒表面靜電吸附后界面原位氧化聚合聚苯胺，首次合成了具有核殼結(jié)構(gòu)的金屬磁性納米粒子/聚苯胺導(dǎo)電聚合物復(fù)合納米粒子。通過(guò)控制H+/An摩爾比和苯胺鹽的濃度可以有效的防止復(fù)合過(guò)程中活潑金屬納米粒子的酸解。TEM結(jié)果表明聚苯胺包

6、覆層厚度為10nm，納米鎳粒子在復(fù)合過(guò)程中存在凝聚現(xiàn)象。FTIR、XPS、UV-Vis結(jié)果均表明，殼層聚苯胺為摻雜態(tài)，鎳納米粒子與聚苯胺之間的存在化學(xué)相互作用。VSM、四電極電導(dǎo)率測(cè)試表明核殼復(fù)合納米粒子兼具有導(dǎo)電和鐵磁性。 采用兩步法即先合成導(dǎo)電聚苯胺再原位液相還原制備納米鎳的方法制備了聚苯胺/鎳納米復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的表征發(fā)現(xiàn)：鎳納米粒子能夠非常均勻地“鑲嵌”在聚苯胺顆粒表面并形成類(lèi)似“草莓”狀的復(fù)合顆粒。XRD分析表