纳米化学考研复习笔记(6)
本站小编 免费考研网/2016-08-07
醇的类型:酯化反应伯醇效果最好,仲醇次之,叔醇无效。
优缺点:成本低,操作简单;但酯基易于水解,且热稳定性差。
2.1.3.3纳米粒子的无机包覆
表面无机包覆修饰
纳米粒子的无机包覆修饰是以纳米颗粒为核心物质,依靠物理作用、分子间力或氢键的作用,在其表面沉积一层或多层无机物的纳米包覆薄膜。
表面金属包覆修饰
化学镀法:在化学镀液中加入纳米颗粒,搅拌使其充分悬浮,同时,镀液中的还原剂将金属离子还原为单质沉积在纳米粒子表面将其包覆。作用:提高导电性能,改善强度,硬度,耐磨性等机械力学性能。
热分解—还原法:首先用硝酸盐、碳酸盐或碱式盐等易分解的化合物对颗粒进行预包覆,然后在高温下用还原气体(H2或CO)对其进行热分解还原,最后形成金属包覆层。优点:对设备要求不高,工艺相当简单;但当纳米颗粒为氧化物时,则有可能也被部分还原。
金属配合物交换吸附热分解法:将金属配合物与纳米粒子发生交换吸附,然后通过高温分解除去配体,得到表面包覆金属的纳米粉体。
无机化合物包覆修饰
包覆修饰:利用一些无机化合物的水不溶性、借助于沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法等方法,在纳米颗粒表面进行沉淀反应,形成包覆层,在经过后处理,使包覆物固定在颗粒表面,改善纳米颗粒的表面性质。
包覆的作用:增加在水中的分散性,使其悬浮液表现出交替的特性,还可提高其氧化能力。
实例:以纳米SiC表面沉积Al(OH)3为例,利用均匀沉淀法,在纳米SiC表面均匀包覆一层Al(OH)3,显著改善了其水溶液中的分散性和高温的抗氧化。
2.1.3.4纳米粒子的聚合物包覆
目的与作用:聚合物包覆均匀、效果好、包覆后的颗粒与聚合物相容性很好,若用含有特定官能团的聚合物包覆,可使包覆的纳米粒子具备某些特殊的功能。
聚合物包覆修饰:在纳米粒子表面包覆一层聚合物的修饰方法。
分类:化学接枝聚合法个表面物理吸附法
化学接枝聚合法
接枝聚合法:通过无机纳米粒子表面的羟基,首先在其表面预先接枝上可参与聚合反应的基团或引发聚合反应的基团或能使聚合反应终止的基团,然后加入单体和引发剂进行聚合反应,生成聚合物薄膜包覆层。
按预先接枝上的基团不同,可分为下面4种情况。
预先接枝引发基团法:利用颗粒表面的羟基(SiO2表面约4.6个/nm2)预先接枝上具有引发聚合反应作用的基团(如偶氮类或过氧化物类),分解成活性中心引发聚合反应,然后生成高聚物包覆层。
预先偶联剂处理法:利用颗粒表面的羟基可以与偶联剂反应,在颗粒表面引入双键,然后再与单体发生共聚合,形成聚合物包覆层。
聚合物链接枝法:通过颗粒表面的活性基团与聚合物增长链活性基团间的化学反应,将增长链键合到表面而形成包覆层,也可进一步通过增长链发生再聚合反应生成较厚的膜,先接枝上的聚合物链对随后的接枝有屏蔽作用,导致接枝密度降低。
原子转移自由基聚合法:以过渡金属配合物为卤素原子的载体,以简单的有机卤化物为引发剂,通过氧化还原反应生成的卤素原子作为自由基,引发颗粒表面活性基团与包覆物活性基团间的聚合的方法。
物理表面吸附法
表面吸附法:利用高聚物在纳米颗粒表面的吸附,形成聚合物包覆层的方法。通过分子间力、静电力、氢键和化学键的共同作用而产生吸附。具体分为下面2种方法。
乳液聚合包覆法:乳液聚合过程中,单体在水相中被引发聚合为低聚物自由基,当链增长到一定值时,水溶性变差,自由基自身卷曲成核,从水相中析出,然后被吸附到颗粒表面形成复合乳胶粒包覆层。为了提高颗粒表面与高聚物的亲和力,可预先用表面活性剂对颗粒表面进行处理。
自组装包覆法:利用聚合物的带电性,通过静电自组装技术在颗粒表面均匀的包覆单层或多层高分子聚合物的方法。例如首先通过预处理使颗粒表面带电,然后将带有相反电荷的高分子加入到含有纳米粒子的溶液中,通过静电吸引,将高分子吸附到表面而完成包覆。优点:(1)包覆层厚度可控;(2)可生成多层不同的聚合物复合膜;(3)不同大小、形状和成分的颗粒均适用。缺点:该法只能用于高分子电解质,另外高分子的沉积和纯化时间较长。
2.1.3.5纳米粒子防团聚处理
慢氧化处理:为防止纳米颗粒在空气中急剧氧化,需要采用氧气用惰性气体稀释后对颗粒进行慢氧化处理。在其表面形成一层氧化膜,大大提高了化学稳定性。
表面包覆:用氧化物如氧化铁、TiO2、SiO2包覆。
防团聚剂处理:将防团聚剂处理附着在颗粒表面或掺杂到纳米颗粒体系中在防止团聚。防团聚剂:抗静电剂、润滑剂、防潮剂、表面活性剂、偶联剂等。
溶剂储存法:将纳米粒子放到合适的溶剂中来保护纳米颗粒,常用的溶剂有甲苯、丙酮和醇类等有机溶剂。
直接成材法:将新制备的纳米粒子不经取出,直接制成所需的材料。
纳米颗粒制备中的安全处理:制备过程中注意避免明火,消除静电、远离强氧化剂或强还原剂,还应适当提高环境空气的湿度,以免发生燃烧或爆炸。
2.2一维纳米材料的制备方法
2.2.1纳米管制备方法
2.2.2纳米线(丝)制备方法
2.2.3纳米棒制备方法
2.2.1纳米管制备方法
纳米管概念
纳米管(NTs):指的是管状的纳米材料,长径比100~1000,可以是直型、弯曲型、螺旋型等外形。
纳米管分类:碳纳米管(CTNs)和硅纳米管(SNTs),碳纳米管又称为纳米碳管,本节主要讲碳纳米管。
碳纳米管:就是管状的纳米级石墨晶体,每层纳米管是由一个C原子sp2杂化与周围3个C原子完全键合后所构成的流变性平面组成的圆柱面,其平面六角晶胞的边长为0.246nm,最短CC键长0.142nm。
碳纳米管的分类:(1)单壁碳纳米管(SWCNTs),管径0.75~3nm,长度1~50μm;(2)多壁碳纳米管(MWCNTs),层数2~50,层间距0.34±0.01nm,管径0.75~3nm,长度1~50μm。
应用:扫面隧道显微镜的针尖、纳米电子器件的连线、光导纤维和微电子学方面的微型钻头及复合材料的增强剂。
电弧放电法
电弧放电法:是利用电弧放电,将探员中的碳生成碳气体,然后在阴极沉积得到单壁和多壁碳纳米管的方法。
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