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一维钒氧化物纳米材料的可控组装、结构与性能

郭万里  
【摘要】: 一维纳米结构材料,因其形状的各向异性而具有优异的物化特性,已在纳米电子学、纳米光电子学、超高密度存储、扫描探针显微镜以及隐身材料等方面显示出潜在的应用前景。随着对其组成、形貌、尺寸以及组装的人为可控,一维纳米材料得以充分的展示和应用。本文在综述了当前关于一维纳米材料的合成与组装技术最新进展的基础上,利用流变相自组装法和微乳液法合成了一维钒氧化物纳米材料,研究了不同组装技术对钒氧化物纳米结构的影响。主要内容和结果如下: 采用流变相自组装法合成VO_2纳米棒,纳米棒尺寸不均匀,团聚现象明显,价键分析发现纳米棒表面没有任何有机物的存在。采用微乳液法合成了尺寸均匀的钒氧化物超细纳米线,由于有机物的存在,纳米线未出现团聚现象,并且自组装成蒲公英状的超结构。延长反应时间或增大反应物浓度,纳米线和蒲公英结构在形貌保持不变的情况下尺寸得到有效控制。此外,纳米线在氯仿中能够单分散形成稳定的胶体溶液,研究了该溶液的光致发光性能,通过机理分析发现其丰富的发光谱带分别归属于电荷迁移机制引起的自由激子发光、量子限域效应引起的束缚激子发光、纳米态下某一能级电子跃迁引起的发光以及缺陷能级引起的发光。 将流变相自组装法合成的VO_2纳米棒经过熔融硬脂酸甲苯溶液预处理以后通过微乳液法解决了其团聚问题,使得其在氯仿中具有了很好的单分散性。表面功能化处理后的纳米棒进行了表面分析,结合超细微粒的分散理论,揭示了纳米棒基于空间位阻稳定和静电位阻稳定的单分散机理。 建立了钒氧化物纳米蒲公英超结构的组装模型,解释了其模板诱导、有机诱导和疏水作用诱导的分子自组装机理。利用溶剂挥发自组装技术,分别采用氯仿和乙醇为溶剂,实现了钒氧化物超细纳米线从三维蒲公英结构到边对边排列的二维超晶格结构、三维网格状超结构和一维束状结构的可控组装。分析了不同溶剂和基底对自组装行为的作用机理。采用LB技术组装VO_2纳米棒,获得了(001)晶面取向和局部区域定向排列的LB膜。通过π-A曲线、形貌和XRD分析,研究了单分子膜行为。磁性能研究表明VO_2纳米棒LB膜为顺磁性。


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