文档介绍：2005 届优秀毕业论文[设计]集(第五册理学院)
Collection Graduation Theses (Projects) of SZU 2005 (VOLUME V School of Science)
电沉积法制备钴超细微粒子及其表征
(理学院材料科学与工程系材料科学与工程专业苏文斌)
(学号:2001143017)
摘要:电沉积法是在金属盐溶液中,利用在反应电极上电子的得失,将溶液中金属离子
还原成零价态粒子的方法。本论文着重探索电沉积法制备超细 Co 粒子的工艺流程,通过改变反
应物浓度、反应电流、反应时间、分散剂的添加量等来考察其对制备样品的影响。经过 XRD、
XPS、TEM 和激光粒度仪等表征发现:所制备的超细钴粒子是平均粒径约 500nm 的 hcp 相单质
钴。在实验过程中,发现了外径 200nm,内径 40~140nm 的钴环;长度为 2μm ,直径约 75nm
的钴棒。
关键词:电沉积法;金属钴;超细微粒子
教师点评:苏文斌同学在做毕业论文期间,较为系统查阅了利用电化学方法制备纳米材料的
相关文献,提出了基本的实验方案,在实验过程中刻苦努力,独立思考,工作量大,取得了较好
的实验结果。探索电沉积法制备超细 Co 粒子的工艺,对制备样品经 XRD、XPS、TEM 和激光
粒度仪等表征发现:所制备的超细钴粒子是平均粒径约 500nm 的 hcp 相单质钴。在实验过程中,
发现了长度为 2μm ,直径约 75nm 的钴棒。上述工作为采用电化学方法制备 Co 纳米棒探索了
一条新路。(点评教师:汤皎宁,教授)
第一章序论
引言
超细微粒子指颗粒尺寸为微米至纳米量级的超细微粒,一般在 1—3000nm 之间,它的尺度
大于原子簇而小于通常的微粉,一般只能在高倍的电子显微镜下进行观察[1]。超细微粒子当尺寸
达到 100nm 以下时,由于包含的原子个数比较少,导致费米能级附近的电子能级出现离散现象,
即量子尺寸效应[2-3],同时纳米粒子还具有小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、介电效
应、库仑堵塞与量子遂穿效应等。这些效应使得纳米粒子呈现出与块体非常明显不同的电学性质、
磁学性质、力学性质、光学性质、热学性质和结构性质等[4-8]。
(1) 体积效应
当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相近或更小时,周期性的边界条件将被破坏,
磁性﹑内压﹑光吸收﹑热阻﹑化学活性﹑催化性及熔点等都较普通的粒子发生很大的变化,这就
是纳米粒子的体积效应。纳米粒子的熔点可远低于块状本样。
(2) 表面效应
表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着粒径变小而急剧增大后引起的性质上
的变化。如表面积﹑表面能及表面结合能都迅速增大。
(3) 量子尺寸效应
粒子尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象,称
为量子尺寸效应。
(4) 宏观量子隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来,人们发现一些宏观量,例如微粒的磁化
强度、量子相干器件中的磁通量亦即电荷等具有隧道效应,它们可以穿越宏观系统的势垒而产生
变化,故称为宏观的量子隧道效应,Dy1-xSrxCoq-y 作为一种气敏材料,气敏机理表现为量子隧道
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苏文斌:电沉积法制备钴超细微粒子及其表征
模型[9]。
金属钴超细微粒子的应用
金属纳米粒子属于亚稳态材料,它对周围的环境特别敏感,有可能在常温下自行长大,并使
其固有的特性得不到充分或完全发挥,因而,在应用纳米金属纳米粒子之前,一般都需要对其进
行表面改性研究。对纳米粒子进行表面改性不仅可以提高纳米分散体系的稳定性,而且能赋予体
系新的功能。纳米粒子的表面改性和修饰是通过共价键合﹑物理吸附等手段,有目的将其它物质
引入颗粒表面,改变表面固有特性的过程。
尽管目前金属纳米粒子在工业上还未得到广泛的应用,但基于其优越的性能,以及与其他材
料复合时表现出来的独特的性能,使它在发光材料、磁性材料、半导体材料、催化材料、医用材
料和超细微器件等领域得到了广泛的研究和应用,尤其是磁性金属纳米粒子如金属钴纳米粒子等
在单电子器件、超高密度信息存储和生物抗癌药物等方面有着广泛的应用前景。
催化剂材料
金属纳米粒子在适当的条件下可以催化断 H-H﹑C-H 和 C-O 键,由于其具有较高的表面活
性和大的比表面而被广泛用作催化剂。这种颗粒没有孔隙,可避免由于反应物向内孔的缓慢扩散
而引起的某些副反应,因而可作为活性和选择性较高类型的传统催化剂。此外,利用纳米粒子的
催化特性,并用高