氧化锑(Sb_(2)O_(3))纳米材料的制备及应用现状

综述了近些年Sb_(2)O_(3)纳米材料的制备方法、工艺及其应用的研究进展,并对其未来发展前景进行了展望。目前,Sb_(2)O_(3)纳米材料的制备方法可分为固相法、气相法和液相法三大类,以机械球磨法、低压蒸汽法、等离子法、醇解法、化学还原法和静电纺丝法为典型代表,上述方法兼具高效且稳定等优点,但也存在能耗大、制备过程复杂及力学性能较差等局限性。Sb_(2)O_(3)纳米化后可显著提升其耐磨性、折射率、质子电导率等,可被拓展应用于阻燃剂、传感器及半导体等领域。针对目前Sb_(2)O_(3)纳米材料性能难以显著提升且无法单独使用等问题,其未来发展方向将在现有技术基础上加以研究创新,有望在Sb_(2)O_(3)纳米纤维上获得优异的力学性能,并实现性能显著提升的同时提高其实际应用性。

复合添加MgO和La_(2)O_(3)对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响

纳米微晶氧化铝磨料具有良好的通用性和高精度磨削能力,且性价比较高,在机械制造、轴承、模具、汽车等领域有广泛的应用潜力。本研究以勃姆石(γ-AlOOH)为原料,MgO、La_(2)O_(3)为添加剂,采用溶胶-凝胶工艺合成纳米微晶氧化铝。通过差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和从头算分子动力学方法模拟计算研究了添加剂对微晶氧化铝相转化、物相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:复合添加MgO和La2O3可以使氧化铝中间相θ-Al_(2)O_(3)向α-Al_(2)O_(3)转化的温度从1257℃降低到1105℃,将致密化温度从1600℃降低到1350℃,将微晶氧化铝的晶粒尺寸从1.04 mm减小到120 nm,实现了低温致密烧结。

Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块自供能紫外探测器的制备及性能

为了实现在无外部供能下对紫外光的有效探测,基于Ag修饰的Bi_(2)O_(3)纳米块(Ag/Bi_(2)O_(3))纳米块制备了自供能紫外探测器。通过煅烧法制备Bi_(2)O_(3)纳米块,随后采用室温溶液法在其表面沉积Ag纳米粒子,进而成功制备了Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块,且对所制备样品的晶体结构和微观形貌等进行了表征。结果表明,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块的平均尺寸约为1μm,且Ag纳米粒子随机分布在Bi_(2)O_(3)纳米块表面。将涂覆Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块的FTO作为工作电极,并进一步构建了自供能紫外探测器。在365 nm的紫外光照射下,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器能在零偏压下实现对紫外光的快速检测,这证实其具有自供能特性。相比于Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器,Ag/Bi_(2)O_(3)纳米块紫外探测器的光电流得到明显提升,上升和下降时间分别缩短至29.1 ms和40.2 ms,并具有良好的循环稳定性。

Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的制备及光催化性能

本工作通过水热法与磁控溅射法结合成功构建了表面均匀沉积纳米Au粒子的α-Fe_(2)O_(3)(Au@α-Fe_(2)O_(3))纳米棒,纳米Au粒子的负载量和形态分别由磁控溅射时间和热处理温度调控。在沉积5.1%的纳米Au粒子后,因纳米Au的表面等离子体共振(SPR)效应,Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒在550 nm处出现了一个新的吸收峰,其带隙由2.20 eV变窄至1.95 eV。Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的荧光强度和电化学阻抗显著降低,光电流从0.27μA·cm^(-2)增大至0.45μA·cm^(-2)。纳米Au粒子既拓宽了Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的可见光吸收性能,又抑制了电子-空穴对的复合。与α-Fe_(2)O_(3)纳米棒相比,Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的光催化性能变得更加稳定,Au@α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的光催化效率提高约一倍。

纳米Al_(2)O_(3)改性沥青的制备及其性能研究

为了研究纳米Al_(2)O_(3)改性剂对A-70#基质沥青物理性能、流变特性的影响及其微观改性机理。基于室内试验制备了不同掺量(1%、2%、3%、4%、5%)的纳米Al_(2)O_(3)改性沥青,对其进行三大指标、黏度、流变、抗老化性能及其傅里叶红外光谱试验测试。结果表明:加入纳米Al_(2)O_(3)之后,基质沥青的软化点和黏度提高,针入度及延度下降,纳米Al_(2)O_(3)最佳掺量为4%。由流变试验结果可知,纳米Al_(2)O_(3)可以提升基质沥青的车辙因子,显著增强其高温稳定性,抗老化性能得以提升,但对低温抗裂性能不利。根据微观分析结果,纳米Al_(2)O_(3)与基质沥青之间既产生了物理变化,又有微弱的化学反应存在。

微纳米α-Al_(2)O_(3)改性丙烯酸树脂-有机硅烷复合钝化对不锈钢硬度及耐蚀性的影响

通过微纳米α-Al_(2)O_(3)改性丙烯酸树脂-有机硅烷复合而成的无铬钝化液作用于不锈钢基板表面,探究其在不锈钢表面形成的微纳米α-Al_(2)O_(3)钝化膜对不锈钢表层性能的影响。通过表面硬度测试、扫描电镜测试,分析基板表面特征。同时,通过涂层附着力测试和电化学测试,探究涂层的粘结强度和基板的耐蚀性能。结果表明,经微纳米α-Al_(2)O_(3)改性的无铬钝化液使不锈钢板材的耐蚀性显著提升,同时对其表面硬度的提升效果达到80%。

α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的水热合成与阻变开关特性研究

采用水热法合成了沿[110]方向具有优先生长取向的α-Fe_(2)O_(3)纳米棒,设计了具有非易失性阻变开关性能的W/α-Fe2O_(3)/FTO阻变存储器。对W/α-Fe_(2)O_(3/)FTO器件的阻变开关特性进行分析发现,W/α-Fe_(2)O_(3)/FTO阻变存储器的电阻比(RHRS/RLRS)在一个数量级以上,可保持100 s以上而无明显下降。此外,器件的载流子运输特性分别由LRS下的欧姆传导机制和HRS下的陷阱控制的空间电荷限制电流传导机制决定。由氧空位的迁移引起的纳米导电细丝的部分形成与断裂可以解释W/α-Fe_(2)O_(3)/FTO阻变存储器的非易失性阻变开关行为。因此,基于α-Fe_(2)O_(3)纳米棒的阻变存储器件可能是下一代非易失性存储应用的潜在候选器件。

沉淀剂浓度对喷雾共沉淀法合成Tb_(2)O_(3)纳米粉体的影响

采用喷雾共沉淀法结合还原气氛处理制备了Tb_(2)O_(3)超细纳米粉体,探究了碳酸氢铵沉淀剂浓度对前驱体物相、粉体微观形貌和烧结性能的影响。研究表明,沉淀剂浓度会显著影响纳米粉体的微观形态、均匀性和烧结活性。沉淀剂浓度过低会导致沉淀物晶粒过度生长,造成粉体粒径增大和不均匀性;沉淀剂浓度过高会造成不良的软团聚。最佳沉淀剂浓度为1.5 mol/L,该条件下可获得平均粒径约为52.45 nm的超细Tb_(2)O_(3)均匀粉体,粒径分布范围为30~80 nm。粉体经1400℃的保护气氛烧结和热等静压处理后制得的Tb_(2)O_(3)透明陶瓷在1064 nm波长下Tb_(2)O_(3)透明陶瓷线性透过率为76.11%。

纳米Al_(2)O_(3)改良滨海水泥土的动力特性及微观机理试验研究

在循环荷载及腐蚀环境下进行动三轴、扫描电镜、核磁共振等试验,分析纳米Al_(2)O_(3)改良滨海水泥土的动应力–应变、动弹性模量、阻尼比及微观孔隙变化.试验结果表明:动应变随动应力增大而增加,动弹性模量随动应力增大而减小;加载频率增大使动应变减小,使动弹性模量增加;海盐的质量分数增大使动应变增大,使动弹性模量减小.纳米Al_(2)O_(3)改良水泥土的阻尼比-动应变曲线随着加载频率的增加逐渐下移,该曲线在不同加载频率下均出现交汇点,交汇点随着海盐的质量分数增大向右移动.相比素水泥土,纳米Al2O3改良水泥土的孔隙弛豫时间分布曲线主峰峰值及峰面积显著缩小,土孔隙中有C-S-H、C-A-H凝胶物质胶结填充,形成空间网状结构,胶结效果显著.纳米Al_(2)O_(3)改良水泥土在海盐质量分数小的情况下孔隙明显减少,且孔隙率比素水泥土的更低.

纳米Al_(2)O_(3)-STPP@HACC核壳填料的制备及其对间位芳纶绝缘纸性能的影响

通过交联和表面吸附的方法,以三聚磷酸钠(STPP)作为交联剂将壳聚季铵盐(HACC)包覆在纳米氧化铝(Al_(2)O_(3))表面,成功合成了具有核-壳结构的复合纳米材料(Al_(2)O_(3)-STPP@HACC),并以此纳米材料作为填料制备了氧化铝/间位芳纶(PMIA)复合纸。利用zeta电位、XPS、FTIR、SEM、TEM和热重等方法对改性前后的纳米氧化铝微观形貌、化学组分、理化性能等进行了表征,测试了各纸样的工频击穿场强和表面电荷消散过程,计算得到绝缘纸陷阱分布特性。结果表明,壳聚糖季铵盐外壳通过静电引力和氢键包覆在纳米氧化铝表面,在聚合物中起到粘合和过渡作用,三聚磷酸钠起交联作用。改性后芳纶纸抗张强度和交流击穿强度分别为4.6 MPa和32.6 kV/mm,分别提升了38.5%和33%,同时,复合纸具有显著增强的热稳定性和低电导率(7.50×10^(-17)S/m),HACC@STPP壳层能够增强纤维界面结合力,引入大量深陷阱,限制载流子运动。

碱式碳酸钇焙烧制备纳米Y_(2)O_(3)的工艺及动力学研究

针对液相沉淀法制备纳米Y_(2)O_(3)粉体工艺的焙烧过程中粉体易团聚问题,以碳酸钠和碳酸氢钠混合沉淀剂沉淀获得的纳米碱式碳酸钇为对象,系统研究了其焙烧条件对Y_(2)O_(3)形貌和粒度的影响以及动力学行为。研究表明:在煅烧温度860℃、升温速率5.375℃/min、焙烧时间1 h的条件下,得到D50=0.050μm,(D_(90)―D_(10))/(2D_(50))=0.98,分散性良好的纳米Y_(2)O_(3),其形貌与前驱体碱式碳酸钇相似。碱式碳酸钇前驱体(Y(OH)CO_(3)·H_(2)O)焙烧制备纳米Y_(2)O_(3)粉体的热分解过程分为两个阶段:第一阶段,Y(OH)CO_(3)·H_(2)O分解生成Y(OH)CO_(3),该反应过程的表观活化能E为90.23 kJ/mol,指前因子A为7.46×10^(5),反应级数n为0.75;第二阶段,Y(OH)CO_(3)分解生成Y_(2)O_(3),反应表观活化能E为236.55 kJ/mol,指前因子A为1.31×10^(11),反应级数n=0.82。

量子点修饰g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)纳米杂化材料的制备及在水性环氧-丙烯酸酯乳液中的应用

水性环氧-丙烯酸酯乳液(WEP)因污染小、附着力好、耐候性好被广泛应用于涂料领域,但其不尽如意的耐腐蚀性大大限制了其在防腐涂料领域的应用。文中采用煅烧法制备了g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)纳米杂化材料,微波法制备了柠檬酸碳量子点溶液,通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射分析、X射线光电子能谱仪和透射电子显微镜分析了g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)杂化粒子的结构和形态,采用扫描电子显微镜观察了复合涂层的形貌,通过电化学阻抗谱和盐雾实验研究了WEP、g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)/WEP、经量子点修饰的g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)/WEP涂层的耐腐性能。结果表明,Fe_(2)O_(3)粒子成功负载到了g-C_(3)N_(4)纳米片上,经柠檬酸量子点修饰后,g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)在WEP中具有良好的分散性,经柠檬酸量子点修饰的g-C_(3)N_(4)@Fe_(2)O_(3)/WEP乳液涂膜在质量分数3.5%NaCl溶液中浸泡1 d时阻抗高达1.5×10^(10)Ω·cm^(2),较纯WEP乳液涂膜高出2个数量级;浸泡7 d后,复合涂层阻抗值仍高达8.7×10^(9)Ω·cm^(2);盐雾168 h后复合涂层表面锈蚀较少。

离子液体表面活性剂模板控制Nd_(2)O_(3)纳米颗粒的合成和形貌演化研究

研制一种新型离子液体表面活性剂模板,用于合成具有不同形态的单分散钕纳米颗粒。研究表面活性剂浓度和种类对制备过程的影响,采用多种分析技术对前驱体和Nd_(2)O_(3)纳米颗粒进行测定。结果表明,添加的表面活性剂椰油酰胺丙基甜菜碱(Cocoamidopropyl Betaine,CAPB)或1-十四烷基-3-甲基咪唑氯([C14mim]Cl)离子液体对产物有很大影响。随着CAPB浓度从0到20倍临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration,CMC)的增加,Nd_(2)O_(3)的形貌从短纳米棒、纳米球、不规则薄片和高度规则的叶状纳米颗粒向环球形纳米颗粒转变,上述Nd_(2)O_(3)的物相都相同。然而,从形貌来看,添加[C14mim]Cl制备的Nd_(2)O_(3)与添加CAPB制备的Nd_(2)O_(3)有很大不同。表面活性剂浓度影响沉淀过程,表面活性剂形成不同的胶束结构,作为引导沉淀反应的液体模板。该合成过程简单,离子液体表面活性剂可用于制备纳米颗粒,组装具有新结构和新功能的纳米材料。

“新工科”背景下生物制药专业多学科交叉融合的探索研究——以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米粒子的制备及应用实验为例

“新工科”背景下,多学科交叉融合已成为生物制药专业教学育人的新方式,对培养“明德求真,弘药济世”的卓越应用型工程人才具有重要意义。本文将以Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)核壳磁性纳米粒子的制备及应用实验为例,顺应教育部“三全育人”的战略要求,在调动学生科研的积极性和主动性的同时,探索生物制药与有机化学之间的联系,挖掘多学科交叉融合的独特优势,提高学生的科学探究能力和实验操作能力。

纳米SiO_(2)复合对Mg_(3)Sb_(2)基材料热电性能的影响

Mg3(Sb,Bi)2基热电材料由于其优异的热电性能和较低的成本近来受到广泛的关注.本研究通过将纳米SiO_(2)复合进成分为Mg3.275Mn0.025Sb1.49Bi0.5Te0.01的基体相中,考察其热电输运性能的变化及机制.结果表明,当SiO_(2)复合进Mg_(3)Sb_(2)基材料中时,由于引进大量的微小晶界,能有效地散射声子,促使晶格热导率降低,优化热输运性能,如SiO_(2)体积含量为0.54%时,室温时热导率由复合前的1.24 W/(m·K)降至1.04 W/(m·K),降幅达到15%;同时其对电子也产生强烈的散射作用,导致迁移率和电导率大幅下滑,结果表现为近室温区功率因子剧烈衰减,恶化了电输运性能.电性能相对于热性能较大降低幅度使得材料在整个测试温区的热电优值没有得到改善.纳米SiO_(2)作为Mg_(3)Sb_(2)基热电材料复合物来调控热电性能是有效的备选物质,可结合其他手段改善输运特性,如在晶界处适当修饰,降低载流子传输的晶界势垒,能够提升该体系的综合热电性能.

硬脂酸表面修饰纳米Sb_(2)O_(3)增强PBT基复合材料

通过机械球磨法,利用硬脂酸对纳米Sb_(2)O_(3)进行表面改性,并采用熔融共混法制备了纳米Sb_(2)O_(3)与聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的复合材料,通过X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)对硬脂酸表面修饰前后纳米Sb_(2)O_(3)颗粒的晶型结构、表面官能团、表面包覆量特性进行表征.并通过扫描电子显微镜(SEM)和力学性能测试等手段表征了复合材料的力学性能,对比分析了改性与未改性纳米Sb_(2)O_(3)与PBT基复合材料力学性能的影响机制.结果表明,硬脂酸以化学键的作用方式成功包覆在纳米Sb2O3颗粒表面,其改性的纳米Sb2O3颗粒的晶型结构没有发生变化;随着纳米Sb_(2)O_(3)质量分数的增加,复合材料的拉伸屈服强度呈现先增大后减小的趋势,当纳米Sb2O3质量分数为3%时,复合材料表现出优异的综合性能.

石墨烯/纳米Al_(2)O_(3)增韧Ti(C,N)基金属陶瓷的力学及摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了石墨烯(GNPs)和纳米Al_(2)O_(3)增韧的Ti(C,N)基金属陶瓷复合刀具材料(TAG)。研究了GNPs和纳米Al_(2)O_(3)对复合陶瓷材料微观结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。研究表明,GNPs和纳米Al_(2)O_(3)的添加对复合陶瓷材料的力学性能有明显的提高,当GNPs和纳米Al_(2)O_(3)含量(质量分数)为1%和5%时,复合刀具陶瓷材料(TA5G1)综合力学性能最优,其硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为21.50 GPa、810.80 MPa和10.51 MPa·m^(1/2)。研究了复合刀具材料的摩擦磨损性能和磨损机理,研究结果表明,在TAG复合刀具材料中,TA5G1的摩擦磨损性能最优,其摩擦系数和磨损率分别为0.338和4.921×10^(-6)mm^(3)/(N·m),复合刀具材料的主要磨损形式为磨粒磨损和黏着磨损。

机械和超声波分散对纳米Al_(2)O_(3)颗粒在聚酯树脂中的分散及涂层性能的影响

将纳米Al_(2)O_(3)颗粒分别通过机械和超声波分散工艺分散到聚酯树脂中,研究了机械分散转速和分散方式对纳米Al_(2)O_(3)/聚酯树脂复合涂层性能及纳米Al_(2)O_(3)在聚酯树脂中的分散性的影响;通过研究复合涂层的耐盐雾性、硬度、耐磨性等,确定了最佳分散工艺。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒可在1500 r/min的机械分散下形成均匀分散体系,再用超声波分散可进一步提升分散效果和涂料的稳定性,有效减少纳米Al_(2)O_(3)在水性聚酯树脂中的团聚,在提高所得复合涂层硬度、耐磨性的同时,增强其耐腐蚀性。

Fe_(2)O_(3)/PFD纳米复合材料的制备及光催化性能研究

以糠醛(FD)和Fe(NO_(3))_(3)·9H_(2)O为主要原料,采用聚合-热转化两步法探究了Fe_(2)O_(3)/PFD纳米复合材料的制备过程。通过TEM,XRD等技术对Fe_(2)O_(3)/PFD的尺寸、结构等进行了表征;通过室温、自然光环境下亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解实验给出了该材料的光催化特性。结果表明,Fe_(2)O_(3)/PFD在25 min内可使MB溶液完全脱色并降解。

NbMoWTa-Al_(2)O_(3)固体润滑复合材料的宽温域摩擦磨损性能

通过高能球磨和放电等离子烧结方法制备了新型NbMoWTa难熔高熵合金基固体润滑复合材料。系统研究了纳米Al_(2)O_(3)作为固体润滑剂对NbMoWTa难熔高熵合金宽温域摩擦学性能的影响。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒在具有BCC结构的NbMoWTa难熔高熵合金基体相晶界和晶内均匀分散,强烈的弥散强化显著提升了NbMoWTa的显微硬度。纳米Al_(2)O_(3)颗粒在室温至800℃范围内降低摩擦因数和磨损方面有显著作用。室温下,由于复合材料的显微硬度显著提升,添加足量的纳米Al_(2)O_(3)实现了复合材料耐磨性的提升。在中高温下,复合材料表面形成的连续致密氧化摩擦层对提升摩擦学性能起着关键作用。纳米Al_(2)O_(3)颗粒协助氧化摩擦层承载更大的载荷,提高其致密性及稳定性,从而更有效地保护基体。此外,在800℃下纳米Al_(2)O_(3)颗粒的存在能够抑制MoO_(3)的过度挥发。