文档介绍：武汉理工大学
硕士学位论文
碳纳米管/金纳米粒子复合与表征
姓名:吴挺
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:余海湖
20060501
摘要布均匀,平均粒径约为L寄擅坠鼙砻娴慕鹉擅琢W恿>督闲。且蛭L寄碳纳米管具有优异的物理、化学、机械性能和独特的结构,碳纳米管基复合材料的研究受到广泛关注。金纳米粒子在纳米电子学、金催化等领域有着广泛应用,在生物医学领域可用于生物标记和检测。在待测物浓度较低时,存在检测信号微弱等问题。若将碳纳米管与金纳米粒子复合,可通过碳纳米管表面硫金键来吸附有机大分子,使分散的有机大分子富集起来,增强检测信号。采用加热氧化法制各了可溶性多壁碳纳米管,经处理的碳纳米管明显细化,夹杂的非晶碳和金属杂质基本去除,红外光谱结果显示碳纳米管管壁和端头存在一定数量的羧基和羟基等官能团。碳纳米管表面官能团数量与混酸氧化的时间有很大关系,对后续实验有关键影响。所制备的碳纳米管水溶胶具有良好的分散性和稳定性。采用柠檬酸钠还原氯金酸制备了金水溶胶,研究了影响金纳米粒子的粒径的相关因素。实验表明,金纳米颗粒的大小与反应时间和加入的还原剂的量密切相关,通过控制反应时间和还原剂的加入量,获得金纳米粒子的最小粒径为约。柠檬酸钠还原氯金酸,因成核数量有限,所制备的金纳米粒子丰立径在以上。将纯化后的多壁碳纳米管进行预处理,使其表面形成巯基,采用自组装的方法实现了金纳米粒子在碳纳米管表面的自组装,制备了碳纳米管/金纳米粒子复合材料。研究表明,所制样品结构稳定,碳纳米管表面的金纳米粒子呈球形且分米管表面形成大量的晶核,溶液中氯金酸的浓度降低,限制金纳米粒子生长,导致纳米颗粒粒径较小。碳纳米管有很大的比表面积,金纳米粒子有高比例表面原子,使碳纳米管/会纳米粒子复合材料具有大的比表面积及表面活性,预计可在催化、生物学检测等领域得到应用。关键词:碳纳米管,金纳米粒子,纳米复合材料,制备,表征
—.蛐册鷗..甒,,,,猻琱.,’,,,,琧
,日本净⊙芯渴笛槭业牡缱酉晕⒕底ḿ襂诟叻辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时,意外发现了由管状同轴纳米管组成的碳分子,这就是今天被广泛关注的碳纳米管。早在年就曾在电子显微镜下观察到了奇特的同心球形结构。在年芄慌亢铣珊蟆】,计划用电子显微镜观察电弧设备在不同条件下由石墨形成的各种不同结构。在实验中,他不断改变蒸发器中的条件,使两个石墨电极保持一定的距离,而不是像合成富勒烯那样接触在一起,两电极间的间隙足够小以形成稳定的电流。,阳极被蒸发,产物中除了产生通常的碳灰外,在阳极上还形成了一些针状物质。这些碳针不是均匀地生长在电极表面上,而是倾向于在某些部位成束生长,长度大约为这就是碳纳米管最初的宏观形态。Ⅱ将这些针状产物收集起来在电子显微镜下观察,发现它们实际上是由一些同心的纳米管状结构组成,在放大万倍的电子显微镜下,碳纳米管的横断面是由两个或多个同轴管组成,相邻两管的层间距约为司嗬虢朴谑ň逯刑荚硬闫涞募渚啵步朴陌刖丁N錴赋稣庵止茏唇峁故怯衫嗨朴谑ǖ牧咝瓮袼槌傻墓状物。同时,碳纳米管一般两端封闭,直径在几纳米到几十纳米之间,长度也可达到数微米。蟛畛踅⑾值恼庵侄捞氐氖ü茏唇峁钩莆!癎保罄从钟腥虢涑莆!癇”,现在一般称为“啾凇⒅锌沼肼菪匦詐碳纳米管具有典型的层状中空结构特征。经过对选区电子衍射斑镜面对称性的分析指出,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角,每三层或四层间其峄崞ú盍茸笥摇2捎猛仄搜Х椒ńü苷箍F狡蹋允境銎渎菪匦裕武汉理工大学硕士学停论文”。
.寄擅坠艿姆掷缺陷,碳纳米管完美的石墨结构使它具有许多优异的性质,除此之外,还有圆这与普通晶体的螺旋生长特征相吻合。通过高分辨透射电子显微镜观察,很容易观察到层片间的距离为对于石墨电弧法在无催化剂的条件下制取出来的碳纳米管,除了外层常常存在非晶碳颗粒外,其内部一般无其他相结构存在,这与巴基球的笼形结构相同,为中空结构。而由化学气相沉积法制备的碳纳米管,表面常伴有缺陷和杂质。咝翁蓟方峁褂攵啾咝喂茏刺匦“热瞬捎媚擅籽∏缱友苌浼际踅蟹治觯⑾痔寄擅坠芄苌淼亩啾咝微平面呈现明显的石墨特征,表明碳纳米管管身为多边形结构,由六边形碳环微结构单元组成,有时也会含有七边形或五边形碳环。嗣辈糠在大多数碳纳米管的分子结构模型中,其端帽部分均被认为是圆滑的,或者是由半球形所组成,在发现碳纳米管后不久讨论了五边形及七边形在构成端帽时所起的作用,指出正曲率的端帽一定包含五边形碳环,而负曲率的端帽则包含七边形碳环,这在拓扑几何学上很容易证明。然而,碳纳米管管身部分的准圆管或多边形特征以及实际所观察到的端帽的复杂性,意味着实际的端帽并不应该是圆滑的。因此绝大多数碳纳米