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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2010年
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核壳型多功能纳米复合材料及其光、磁、氧传感性能研究

刘利娜  
【摘要】: 随着现代科技的发展,单一性能的材料已不能满足人们的需要。目前通过两种或多种材料的功能互补和优化,可以制备出性能优异的复合材料,具有广阔的应用前景。纳米复合材料是随着纳米科技的发展而涌现出的一种新型材料。它不仅具有纳米材料的表面效应、量子尺寸效应等性质,而且具有光、电、磁等多功能性,从而这类材料在生物、医药、化工、环境、能源等领域有很大的潜在应用。本论文主要围绕着核壳结构纳米复合材料以及有机无机纳米复合材料的合成和性质开展了系列研究工作,取得的主要成果如下: 1.用简单的基于溶液的方法合成了SiO2包覆的Fe2O3纳米粒子,并且把一种Ru(II)配合物共价嫁接到了SiO2中。所得的纳米复合物在比较宽的磁场范围内有磁响应,能够发出明亮的红光,并且发光强度对氧气浓度是敏感的。和Ru(II)配合物在SiO2中相比,Ru(II)配合物在纳米复合材料中展示更好的发光的热动力学稳定性。这种复合材料的磁性、光学性质和氧传感性质能够使它们应用在生物细胞的分离、生物标识和测定生物体内氧浓度方面。 2.具有上转换发光性质的NaYF4:Yb3+, Tm3+纳米粒子被Ru(II)配合物共价嫁接的SiO2所包覆。在这种复合材料中,上转换发光、氧传感和生物连接性被复合到了一个单一的纳米粒子中。所制得的复合物在980 nm的激光激发下能够显示明亮的上转换蓝光发射,并且Ru(II)配合物的发射在复合物中对氧气敏感。和SiO2与钌配合物的简单复合物相比,这种核壳结构的复合物在Ru(II)配合物发射强度和氧气浓度之间能够展示更好的线性关系。这种多功能纳米复合物在生物化学和生物医学领域,例如生物标识、氧传感器等方面都有潜在应用。 3.合成了新型的核带有孔结构的上转换纳米核壳结构复合物。我们首先合成SiO2包覆的立方相的NaYF4:Yb3+,Tm3+,然后把得到的产物退火,我们就可以得到SiO2包覆的混合相的NaYF4:Yb3+,Tm3+,并且NaYF4:Yb3+,Tm3+核变成了孔结构。据我们所知,这是首次在NaYF4:Yb3+,Tm3+@SiO2核壳结构中发现孔结构。它们和未退火的致密结构的NaYF4:Yb3+,Tm3+相比,上转换发光更强。SiO2壳使复合物具有了生物连接性,并且防止了NaYF4:Yb3+,Tm3+在退火过程中的团聚和长大。这样我们把上转换发光、纳米孔结构和生物连接性三种功能组合到了一个单一的纳米粒子中。这种多功能纳米复合材料有可能应用在生物医学领域,如生物标识、药物的存储和传输等方面。 4.用溶剂热的方法首次合成了有机无机复合的半导体(ZnSe)(N2H4)x(C5H5N)y纳米片以及(ZnSe)(C5H5N)y纳米粒子。复合物的形貌和组成受反应温度和水的体积比的影响很大。当反应温度和水的含量比较低的时候,我们可以得到(ZnSe)(N2H4)x(C5H5N)y纳米片。当反应温度和水的含量比较高的时候,只能得到(ZnSe)(C5H5N)y纳米颗粒。六方相或者立方相的ZnSe可以通过萃取(ZnSe)(N2H4)x(C5H5N)y纳米片和(ZnSe)(C5H5N)y纳米颗粒而得到。ZnSe纳米晶的带隙和体材料相比发生了明显的蓝移。(ZnSe)(N2H4)x(C5H5N)y纳米片的发光强度比(ZnSe)(C5H5N)x纳米颗粒的发光强度强很多。 5.通过静电纺丝的方法制备了RuL2(CNS)2 (L=4, 4-二羧基-2, 2-联吡啶)配合物和不同直径的TiO2纳米粒子掺杂的直径在300-500 nm的PVP复合纤维。当TiO2纳米粒子的直径和浓度以及RuL2(CNS)2的浓度在PVP母体中改变时,这种纳米复合材料的形貌得到了系统的研究。这种新型的有机-无机纳米复合材料综合了一维纳米结构、有机材料和无机材料的优点,对于制造质轻、柔韧的光伏器件,尤其是染料敏化TiO2太阳能电池,有潜在应用。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1

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