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具有磁性和光学特性的复合纳米粒子的制备及性质研究

张文星  
【摘要】: 纳米复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料,通过物理或化学的方法复合而成的一种新型纳米材料,满足单一组分材料所不具有的特殊用途的需要。由于其具有奇异的光、热、电、磁和催化等性质,而成为当今高新技术材料研究的一个重要方向。 本文使用金属前驱体(乙酰丙酮合铁、醋酸金),采用不同的表面活性剂,通过一罐微乳液法(或改进的)制备了几种铁金纳米复合材料,包括FeAu合金型和Fe3O4/Au核壳型纳米复合颗粒。利用透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、振动样品磁强计(VSM)和紫外-可见分光光谱仪(UV-Vis)等作为主要的分析表征手段,对纳米材料的大小、形状、粒度分布、结构、磁性和光学等化学物理性质进行了研究。 本论文的主要工作如下: 1、以油胺、油酸为表面活性剂制备了球形单分散的FeAu纳米粒子。透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析证实了FeAu的合金纳米粒子的合金结构,具有粒径小(~5.6nm)、单分散性的特点;通过紫外-可见分光光谱(UV-Vis)证实了FeAu纳米粒子的光学特性,与粒径大小相近的金纳米粒子相比,其吸收峰红移,有吸收谱带拓宽现象。 2、以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂制备了的PVP包裹的FeAu纳米粒子。红外吸收光谱显示PVP分子结合在纳米粒子的表面;通过对纳米粒子的外貌和形态分析,纳米粒子的粒径为~11.3 nm;通过磁性(VSM)表征,PVP包裹的FeAu纳米粒子在室温下显示软铁磁性,具有较小的矫顽力(~40Oe);紫外-可见吸收光谱显示纳米粒子的表面等离子共振吸收峰在~546 nm处。 3、采用一罐微乳液法合成了PEO-PPO-PEO共嵌段聚合物包裹的兼具磁性和光学性质的多功能FeAu合金纳米粒子。通过改变实验条件有效地控制了纳米粒子的大小、磁学和光学性质。红外吸收光谱显示PEO-PPO-PEO分子结合在粒子的表面;通过TEM对纳米粒子的大小和形态进行了分析;通过磁性表征,PEO-PPO-PEO包裹的FeAu纳米粒子在室温下接近超顺磁性;由朗之万方程处理的磁滞回线,合理解释了粒子双峰分布;紫外-可见光谱吸收峰在~560 nm处;通过改变前驱体与表面活性剂的摩尔比率,发现随着表面活性剂量的减少,FeAu合金纳米粒子的粒径增加,其它一系列性质也发生明显改变。 4、采用改进的两步还原法,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂制备了PVP包裹的单分散的Fe3O4 /Au纳米粒子。透射电镜(TEM)和射线衍射(XRD)分析证实了Fe3O4 /Au的核壳型结构。UV-Vis测定显示所制备的纳米粒子具有光学活性,而振动样品磁强计(VSM)测量显示纳米粒子具有优异的磁化率。


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