高岭石纳米卷的制备与表征

本文以层状茂名高岭石为原材料,利用二甲亚砜、甲醇、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)插层处理成功制备了高岭石纳米卷。利用X射线衍射、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、N2吸附-脱附、29Si CP/MAS NMR表征插层前后高岭石结构与形貌的变化。分析表明,高岭石片层的卷曲和剥离同时进行,随着CTAC甲醇溶液浓度的增加以及反应时间的延长,高岭石纳米卷的外径增加,而内径基本保持不变。高岭石纳米卷形成机理与CTAC分子的插层减弱了高岭石层与层之间作用以及表面活性剂的模板效应有关。

聚苯胺复合石墨烯纳米卷的制备及其在超级电容器中的应用（英文）

石墨烯纳米卷是一种具有开放式螺旋状纳米卷结构的管状石墨烯。以石墨烯纳米卷为模板,利用原位聚合的方法,将聚苯胺生长在石墨烯纳米卷表面。通过对材料形貌进行表征,发现聚苯胺均匀地分布在石墨烯纳米卷表面。分别对3种不同单体浓度的聚苯胺复合石墨烯纳米卷进行电化学性能考察,结果发现石墨烯纳米卷和聚苯胺产生的协同效应使得复合卷在继承石墨烯纳米卷良好的倍率特性同时显著地提升了比电容,在1 A/g时比电容可达320 F/g,100A/g时仍可以保持92.1%的初始电容,为制备高比容、快速充放电的石墨烯纳米卷基超级电容器奠定了基础。

聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

针对聚苯胺作为赝电容超级电容器电极材料时存在循环稳定性差的问题,设计利用还原氧化石墨烯纳米卷包裹聚苯胺纳米纤维.采用高沸点有机溶剂辅助冷冻干燥法制备了聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱分析仪、傅里叶变换红外光谱以及X-射线衍射等对该复合材料的形貌、组成和结构进行表征,并采用循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗等方法对其电容性能进行研究.结果表明,利用高沸点有机溶剂辅助冷冻干燥法能够成功将聚苯胺纳米纤维包裹进氧化石墨烯纳米卷中,最终将氧化石墨烯还原后得到聚苯胺纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米卷复合材料;该复合材料经过5000次循环充放电后电容量保持率达到75%;当复合材料中的聚苯胺纳米纤维质量分数为67%时,该复合材料在2.2 A/g的电流密度下,质量比电容达到639 F/g,表现出优异的电容性能.

碳纳米卷电子结构的紧束缚法研究

利用石墨平面碳原子轨道作sp2杂化时π电子的紧束缚模型,通过限定波矢k周期性边界条件,构造了碳纳米卷模型,研究了其电子结构性质.结果表明碳纳米卷的电子结构与其几何结构密切相关,通过控制手性和结构参数,可将其调制成不同带隙的半金属或半导体.

环状碳纳米卷电子结构的紧束缚法研究

利用石墨平面碳原子轨道作sp^2杂化时π电子的紧束缚模型,考虑波矢珗k周期性边界条件,构造了环状碳纳米卷模型,研究了其电子结构性质.结果表明环状碳纳米卷的电子结构与其几何结构密切相关,通过控制手性、结构参数及卷环周长,可将其调制成金属或不同带隙的半导体.

磁场中环状碳纳米卷电子结构的紧束缚法研究

通过考虑波矢■周期性边界条件,在石墨烯紧束缚模型基础上,构造了磁场中环状碳纳米卷模型,研究了其电子结构性质.结果表明环状碳纳米卷的电子结构以磁通量子Φ_0为周期随磁通量Φ周期性变化,通过控制手性和磁场,可将其调制成金属或不同带隙的半导体,其中m=3I(I为整数)、θ=2π/3的锯齿型环状碳纳米卷的带隙受磁场的影响比较小,m=18时变化幅度仅为7 μeV.

有限长碳纳米卷电子结构的紧束缚法研究

通过卷曲石墨烯,构造了有限长碳纳米卷模型.基于能带理论中紧束缚近似方法,推导并研究了与手性、结构参数及卷长相关的色散关系解析表达式.结果表明,随着几何结构的变化,碳纳米卷会呈现出金属-半导体转变,及与卷长有关的不同的渐近带隙行为:振荡型衰减、单调衰减和不变.

炭纳米卷的极性微-拉曼光谱研究（英文）

采用剪切-摩擦机理,通过卷曲将双轴取向聚丙烯纤维表面转变成石墨纳米片,从而制备出炭纳米卷。通过光学和扫描电镜、透射电镜和红外光谱仪等手段对炭纳米卷的形貌进行分析。微-拉曼测试表征了卷曲结构的形貌变化。从振动的G模式分裂可知,石墨片取向度与卷曲轴有关。

环状碳纳米卷中的持续电流

在环状碳纳米卷紧束缚模型的基础上,导出了相应的持续电流表达式,并系统地研究了环状碳纳米卷的几何结构、分离能级、温度及塞曼效应对持续电流的影响。结果表明,环状碳纳米卷内部的持续电流数量级仅为10-7 A,并且随着卷环周长增大而逐渐减小。费米能级附近的能级几乎承载了所有持续电流,而远离的能级贡献非常小。随着温度升高,持续电流急剧减小;且卷环周长越大,受温度影响越明显。对于较强的磁场,考虑塞曼效应后,持续电流出现了新的减小的越变,周期性结构遭到破坏。

轴向磁场对锯齿型和扶手椅型碳纳米卷电子结构的影响

碳纳米卷作为一种新型的碳基纳米材料,其结构非封闭且内径大小容易调控,成为当今材料科学研究热点之一。利用石墨烯碳原子轨道作sp2杂化时π电子的紧束缚模型,考虑波矢k周期性边界条件及轴向磁场的影响,构造了磁场中碳纳米卷的紧束缚模型,并研究了其在轴向磁场中的能带、能隙及电子态密度等性质。结果表明,碳纳米卷的能量色散是以磁通量子Φ0为周期随磁通量Φ变化,最低未占据分子轨道也随之产生了明显移动,从而导致碳纳米卷发生金属-半导体连续转变,其中ZCNS(15,0)能隙最大为0.878 e V,而ACNS(12,12)为0.654 e

石墨烯纳米卷的各向异性光响应

单层石墨烯独特的能带结构赋予了其宽谱响应、高迁移率、超快响应等优异特性,这使得其在光电技术领域备受关注。然而,石墨烯具有高对称性,缺乏各向异性的光响应,这一点限制了其在偏振探测、量子通信、光学传感等领域的应用。本课题组利用石墨烯卷曲制备石墨烯纳米卷,破缺了石墨烯原有的高对称性,实现了各向异性的光响应。通过优化石墨烯纳米卷的制备和表征工艺,在拉曼与非线性过程中观察到了显著的各向异性光响应,说明石墨烯纳米卷形成过程破缺了石墨烯原有的晶格对称性。利用上述对称性破缺效应,制备了基于石墨烯纳米卷的各向异性光电器件,其光电流偏振比为0.33。此外,该器件还呈现出空间异质光电响应特性,结合拉曼光谱成像、近场显微成像技术推断该效应来源于缺陷、应力和掺杂分布等。本研究对于理解石墨烯纳米卷的各向异性光响应及其在光电器件中的潜在应用具有重要意义。

高岭石--烷基胺插层复合物的制备与纳米卷的形成

以张家口高岭土、用二甲基亚砜、甲醇和不同烷基胺为原料,通过插层和置换反应,制备出了高岭石--不同烷基胺(一异丙胺、正丁胺、正己胺、十二胺)插层复合物,并对其结构和形貌进行了表征。结果表明:烷基胺以甲氧基嫁接的高岭石为前驱体进入高岭石层间,使高岭石层间距由0.71nm扩大至1.24～4.23nm。随烷基胺分子碳链的增长,相应的高岭石插层复合物层间距亦增大,结构稳定性增加。烷基胺的插层可使高岭石片层剥离卷曲形成直径为30～100nm、长度为250～2 000nm的纳米管。纳米管的形貌及产率与烷基胺分子结构有关:烷基胺分子碳链越长,纳米卷产率越大,形貌越完整、直径越均一。烷基胺插层进入高岭石层间,不仅极大地降低了高岭石晶层间氢键,而且为高岭石片层向管状卷曲提供了充分自由空间。

新型碳纳米管膜卷纱的力学及传感性能

为提高碳纳米管(CNT)膜卷纱传感性能,通过喷涂的方式制备聚(3,4-二氧乙撑噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)/CNT复合薄膜,采用自主搭建的加捻装置加捻制备宽度与捻度不同的12种PC(PEDOT:PSS/CNT)膜卷纱。通过直径与外观以及拉伸-电阻变化测试,研究分析PC膜卷纱的力学性能、传感性能及传感循环稳定性能,与CNT膜卷纱的性能进行对比分析。结果表明:在最优的测试参数下,PC膜卷纱的传感系数(GF值)为3.23,比相同参数下未复合PEDOT:PSS的CNT膜卷纱提高了412%。

卷对卷纳米压印脱模过程的有限元模拟

本文提出卷对卷纳米压印脱模的两种形式并分析了脱模过程中的阻力。选取垂直于光栅形微结构的截面作为研究对象,忽略脱模过程中旋转角度的影响,将模板上微结构当作竖直平移脱离胶层的方式来处理,利用ANSYS有限元软件模拟了卷对卷脱模过程中不同位置的变形和等效应力分布。结果显示脱模过程中出现两处应力集中,且应力集中处的最大应力在脱模刚发生时出现波动,随后逐渐增大。

氢氧化镧和二氧化锰复合纳米材料超级电容器电极研究

二氧化锰(MnO_2)以其价格低、储量丰富和环境友好等优点,被广泛用作超级电容器电极材料。然而,低导电率仍然是制约MnO_2在快速充放电期间提高电容量的主要障碍。采用电沉积的方法制备氢氧化镧层卷式纳米棒(La(OH)_3NR)和二氧化锰纳米花(MnO_2NF)超级电容器复合纳米电极材料。实验表明,在MnO_2NF上沉积La(OH)_3NR形成镧锰复合纳米材料,La(OH)_3NR增大了MnO_2NF的晶格缺陷,降低了电极的电阻,提高了超级电容器电极电化学性能。当扫描速度为5m Vs^(-1)时,该复合电极比电容为473.51Fg^(-1)。

紫外纳米压印技术的研究进展

传统的紫外纳米压印(UV-NIL)虽然不受曝光波长的限制,但是存在气泡残留、压印不均匀、模具寿命短等问题。为解决这些问题产生了各种新型UV-NIL工艺,针对这些工艺阐述了紫外纳米压印技术工艺要素的最新研究进展,包括模具、光刻胶的材料与制备技术的现状,并列举了步进-闪光压印光刻(S-FIL)、卷对卷式紫外纳米压印光刻(R2R-NIL)等工艺的流程及其特点。紫外纳米压印的图形质量目前仍受光刻胶填充、固化、脱模等物理行为影响。结合最近的实验研究,从理论方面概述了紫外纳米压印的基本原理,主要指出了光刻胶流动行为以及模具降解等问题。最后介绍了一些紫外纳米压印技术的尖端应用。

新型碳材料作为直接醇类燃料电池催化剂载体的评述

电催化反应过程涉及固、液、气传输以及电子和质子传导,为确保反应的顺利进行和提高催化剂中贵金属的利用率及延长催化剂的寿命,理想的电催化剂载体必须同时具备高比表面积、导电性好、合适的孔结构、耐腐蚀以及合适的表面基团等.为此,碳载体的改性工作受到关注,常用的方法是通过酸、碱、氧化和高分子等手段改变载体的结构和表面性质,以期接近理想电催化剂载体的要求;同时在开发新型碳载体方面做了更大量的工作.本文简要评述了商品炭载体如碳黑Vulcan XC-72R以及其它的乙炔黑、黑珍珠-2000、Printex XE-2和Ketjen Black EC等碳材料在直接醇燃料电池中的应用,但对纳米碳纤维、碳纳米管、有序多孔碳、中间相碳小球、碳纳米角、碳纳米卷和碳气凝胶等新型碳载体则进行了较全面的评述.与商品碳载体相比,新型碳载体在一定程度上都表现出比XC-72R更优的性能,这主要是因为新型碳材料具有特殊的结构、更高的结晶性能(导电性)和更好的传质能力.

高岭石-硬脂酸插层复合物的制备及结构模型的提出

以张家口高岭土为原料,通过直接插层与取代相结合的方法制备高岭石-硬脂酸插层复合物。利用X射线粉末衍射、红外光谱、热重及透射电子显微镜对制备产物进行表征。结果表明：硬脂酸插入到高岭石层间,高岭石层间距d001值由0.72 nm增加到4.05～4.37 nm,插层率达到86.9%;反应时间和溶液p H值会对高岭石-硬脂酸插层复合物的层间距及插层率产生影响;甲氧基嫁接在高岭石表面,与硬脂酸分子同时存在于高岭石层间。高岭石经甲醇改性后脱羟基温度明显降低,高岭石羟基活性提高;高岭石-硬脂酸插层复合物的稳定温度在160℃以下。经过硬脂酸插层改性后的高岭石片层,从边缘开始出现卷曲现象,并且部分长条状片层形成类似埃洛石相的纳米卷;对硬脂酸插层高岭石的作用机理进行分析,结合结构计算,提出高岭石-硬脂酸插层复合物的结构模型,该模型可以解释高岭石-硬脂酸插层复合物在不同条件制备产物层间距变化的原因。

新型纳米粒载体在药物或基因传递中的应用

目的重点总结近几年出现的新型纳米粒载体在药物或基因传递中的应用。方法分析、归纳、总结国内外相关文献,对新型的纳米粒载体如纳米脂质卷、病毒样纳米粒、水凝胶纳米粒、金纳米壳、碳纳米材料、量子点和树状大分子等的特征、体内外性质以及在药学中的应用进行阐述。结果与结论纳米粒具有特殊的理化性质,可以增加药物稳定性,提高药物生物利用度,具有靶向、缓控释作用等。有望成为药物递送、靶向、诊断和基因转染等的理想载体。

季铵盐-高岭石系列插层复合物的制备及结构表征

通过多次置换插层反应,以高岭石/甲醇插层复合物为中间体,将不同链长季铵盐分子插入高岭石层间,对其结构、形貌和插层机理进行了探讨。结果表明:季铵盐分子在高岭石层间主要以全反转式构形存在,季铵盐碳链长度对其插层复合体的结构和形貌具有明显控制作用。碳原子数小于8的季铵盐在高岭石层间以单层平卧形式存在,其形成的高岭石插层复合体晶形仍为片状;碳原子数大于等于8的季铵盐在高岭石层间呈石蜡型倾斜双层形式排列,且碳链与高岭石(001)晶面的夹角随碳原子数增大而减小。碳原子数大于等于8的季铵盐进入高岭石层间,将导致高岭石晶层的卷曲,形成纳米卷或管,且随季铵盐碳链长度增加,高岭石片层卷曲程度加深,纳米卷的数量增多。