金屬銀和硫化銀納米材料控制合成及性質(zhì)表征.pdf

1、本論文主要采用液相法控制合成銀和硫化銀納米結(jié)構材料，并分別從納米材料的結(jié)構設計、可控制備、形成機理以及性質(zhì)表征和應用研究幾個方面進行論述。內(nèi)容涉及常溫常壓、水溶液體系中銀納米和亞微米粒子的尺寸設計和尺寸控制合成，以氯化鈉立方晶為模板設計與控制合成立方空心銀盒子，利用簡單液相體系合成銀/硫化銀核/殼納米晶和組裝電阻開關裝置，我們對產(chǎn)物的形成機理和性質(zhì)進行了細致的研究，并探討了產(chǎn)物的應用前景。論文不僅豐富了銀基納米材料的研究內(nèi)容，對納米材料

2、的設計與控制合成的基礎研究以及實際應用也具有一定的現(xiàn)實意義。
　　 1.尺寸設計和尺寸控制合成納米/亞微米級銀粒子在常溫常壓、水溶液體系中，利用抗壞血酸還原氯化銀，制備了尺寸分布均勻的一系列納米和亞微米類球形銀粒子。在這一過程中，我們用氫氧化鈉來調(diào)節(jié)抗壞血酸對氯化銀的氧化還原速率，從而控制反應體系中銀納米晶晶核形成和晶體生長的速度，制備了系列尺寸的銀納米粒子，實現(xiàn)了納米級銀粒子的尺寸定性控制合成；我們進一步研究了氫氧化鈉加入量與

3、反應體系中銀納米晶均相成核之間的關系，以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入量與銀納米晶晶體生長方式之間的關系，通過透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HR-TEM)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)，結(jié)合X-射線粉末衍射(XRD)、紅外光譜(IR)、X射線光電子能譜(XPS)等分析手段，確定了反應體系中銀納米晶成核和晶體生長兩個階段分離的反應條件，并且控制銀納米晶沿各個晶面以各向同性的方式生長。在此基礎上，我們推導出一個數(shù)學

4、公式，描述產(chǎn)物銀粒子的平均尺寸與反應條件之間的定量函數(shù)關系，應用這個公式，我們以設計的銀粒子的尺寸來計算確定實驗參數(shù)，制備了系列尺寸的亞微米級銀粒子，實現(xiàn)了銀粒子尺寸設計和尺寸定量控制合成。我們制備銀粒子的方法簡單易控、經(jīng)濟環(huán)保，因此還做了相應的放大實驗，并取得了可重復的實驗結(jié)果，展示了我們尺寸設計和尺寸控制合成納米/亞微米級銀粒子這一方法具備良好的應用前景。
　　 2.設計合成空心立方銀盒子：網(wǎng)絡狀纖維組成的空心立方結(jié)構形成機

5、理及其表面等離子共振吸收研究我們設計了一種新穎的模板法合成路線，以立方狀氯化鈉結(jié)晶為模板制備了具有網(wǎng)絡狀銀納米纖維結(jié)構的空心立方銀盒子。首先是在無水乙醇中得到氯化鈉立方晶體模板，然后與硝酸銀反應，促使氯化銀在模板表面異相成核，得到氯化鈉/氯化銀核/殼結(jié)構前驅(qū)體，最后以抗壞血酸還原氯化銀生成單質(zhì)銀，洗滌去除氯化鈉模板后，得到立方空心銀盒子。在這一過程中，我們研究了促使氯化銀在氯化鈉立方晶模板表面異相成核的條件，以及生成形貌保持產(chǎn)物的還原反

6、應條件，并在此基礎上闡釋了空心立方銀盒子的模板法形成機理。通過透射電子顯微鏡(TEM)、高分辨透射電子顯微鏡(HR-TEM)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)以及X-射線粉末衍射(XRD)等分析手段，我們表征了產(chǎn)物銀盒子新穎的級次結(jié)構特征：整個盒子具有空心立方結(jié)構的形貌，邊長約1微米，盒子的每個面由網(wǎng)絡狀的銀納米纖維構成，而銀納米纖維又由銀納米晶以部分有序的方式聚集組裝而成。我們進一步通過結(jié)構分析和對比實驗結(jié)果探討了網(wǎng)絡狀銀納米纖維

7、的形成機理：首先，實驗采用的乙醇反應體系中，抗壞血酸還原氯化銀的反應生成的水會導致還原反應的速度逐漸變快，導致還原反應的速度會逐漸變快，有利于體系中銀納米晶的持續(xù)生成和聚集生長；其次，實驗中特定的反應條件，限定了一個適宜的晶體成核和生長的速率，使銀納米晶有可能按有序聚集的方式生長，最終形成網(wǎng)絡狀的納米纖維結(jié)構。最后，通過分析實驗產(chǎn)物的紫外/可見/近紅外(UV/Vis/NIR)吸收特征，我們還討論了產(chǎn)物的立方空心和網(wǎng)絡狀纖維結(jié)構對其表面等

8、離子共振(SPR)吸收性質(zhì)的影響，展示了產(chǎn)物潛在的應用前景。
　　 3.設計合成單分散的銀/硫化銀核/殼納米晶以及組裝硫化銀電阻開關我們設計并合成了一種新型的硫化銀電阻開關材料：單分散的銀/硫化銀核/殼納米晶，還用實驗產(chǎn)物成功組裝了新型的硫化銀電阻開關并測試了其開關性質(zhì)。首先是設計納米晶的結(jié)構和尺寸，確定目標產(chǎn)物為數(shù)十納米的單分散的銀/硫化銀核/殼球形納米晶，然后我們在乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合體系中制備了一種尺寸適

9、宜的銀納米晶模板，再通過加入適量硫粉反應，原位形成了單分散的銀/硫化銀核/殼納米晶。在這一過程中，我們研究了PVP加入量對銀納米晶模板形貌的影響，使得最終產(chǎn)物具有類球形形貌并易于組裝成膜，在此基礎上，我們組裝了結(jié)構為Al/Ag@Ag2s/Al的硫化銀電阻開關裝置，并且在常溫環(huán)境條件下，用電化學工作站測試了裝置的電阻開關性質(zhì)。我們的銀/硫化銀核/殼納米晶制備過程以及硫化銀電阻開關裝置的構筑方法簡單易控、經(jīng)濟環(huán)保，從裝置上測量的電信號強、重