碳纳米管/纳米粒子杂化材料的制备和性质研究

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碳纳米管由于其独特的结构和性质,已成为在电学、光学以及生物学等领域的一种重要材料。但是碳纳米管也存在一些缺陷,比如,由于其本身制备方法的特点,未纯化的碳纳米管内有一些金属杂质,并且很难溶于水和一些有机溶剂,大大阻碍了其应用。为了解决这些问题,人们就利用各种方法对其进行表面修饰,制备出各种纳米复合材料,拓宽了其应用领域。本文主要研究在碳管上修饰上纳米粒子,并对制备出的材料进行表征和非线性光学性质研究。本论文分为四章。第一章是文献综述,主要介绍碳纳米管的研究进展和表面修饰,并概述了本轮文研究设想和主要内容。第二章是利用非共价修饰的方法,先在碳纳米管表面包裹上表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)和聚丙烯酸钠(PAA),然后原位修饰铜和银纳米粒子,制备出MWCNT/CTAB/PAA/M纳米复合材料,最后通过XRD、Zeta电势、SEM和TEM等手段对其进行表征。结果表明利用这种简单的方法,可在碳管上成功修饰上金属纳米粒子,并且这两种金属纳米粒子的尺寸都小于5 nm。第三章是由三个小节组成的:1、合成一种树枝状大分子;2、将所合成的枝状大分子利用酰胺键共价修饰到碳管上,并且以此为模板修饰上金属硫化物纳米粒子,研究其光学性能;3、以树枝状为以树枝状化合物为模板在碳纳米管表面修饰金属或金属氧化物,然后研究其光学性能。第一部分是根据文献的方法,合成了一种以苯环为核心的聚(酰胺-胺)树枝状大分子,然后通过核磁对其进行表征。第二部分是先利用共价键在碳管上修饰树枝状大分子,然后利用原位生长的方法在碳管表面修饰上Ag2S、CdS、CuS、PbS和ZnS五种金属硫化物纳米粒子,最后用XRD、Zeta电势、SEM、XPS和TEM等对所制备的纳米复合材料进行表征。结果表明,利用这种简单的方法可以在碳管上成功修饰上金属硫化物纳米粒子,并且这五种金属硫化物纳米粒子的尺寸都小于10 nm。采用开口z扫描技术对纳米复合材料进行了非线性光学性质研究,结果表明这些复合材料都有很好的非线性吸收性能,并且修饰上硫化物纳米粒子的复合材料的非线性吸收比未修饰的碳纳米管强。第三部分是以共价修饰在碳纳米管上的树枝状化合物G4.O为模板在碳纳米管表面原位生长Ag、Cu2O和Ag/Cu2O纳米粒子,并对所得纳米复合材料进行表征。材料的非线性光学性质研究结果表明,碳纳米管表面修饰上Ag、Cu2O和Ag/Cu2O纳米粒子后,其非线性吸收明显增强。第四章对本论文的重要结果进行总结,并介绍所制备材料的不足和需要完善的方面以及应用前景。
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