MO(M=Ni，Cu，Zn)纳米材料的合成和物理化学性能研究

• 作 者: 陈丽娟
• 机 构: 中国科学院福建物质结构研究所
• 出 处: 中国科学院福建物质结构研究所
• 发表日期: 2008年期
• 关键词: 纳米氧化物 磁性能 电导率 介电常数 高氯酸铵 固体推进剂 催化作用

本文旨在研究不同晶粒尺寸的纳米氧化物(NiO、CuO和ZnO)的合成以及与晶粒尺寸密切相关的磁学、电学性质和对固体推进剂的催化作用。主要研究内容如下：　　
(1)通过不同温度烧结Ni(OH)2制备了一系列晶粒尺寸从7.1 nm至59.1 nm的NiO纳米晶。运用X射线粉末衍射、透射电镜、低温N2吸附、傅立叶变换红外光谱、拉曼光谱以及热分析仪等分析手段对样品进行表征，并对样品的磁学性质、电学、介电性质以及对高氯酸铵(AP)的催化性质进行系统研究。研究结果发现，当晶粒尺寸小于30 nm时，NiO纳米晶的晶格体积膨胀，而大于这个尺寸时，晶格体积保持不变。随着晶粒尺寸的减小，NiO纳米晶拉曼光谱和红外光谱发生红移。NiO纳米晶的室温矫顽力随着晶粒尺寸的变化存在一极值，这与品格体积膨胀以及由此引起弱化的磁交换作用有关。通过低温阻抗谱，我们研究了与晶粒尺寸相关的电学和介电性质。随着晶粒尺寸的降低，电导率有一极大值，晶粒电导率的活化能有一极小值，这与载流子浓度的变化以及它们的跃迁距离密切相关。介电驰豫能与晶粒活化能接近，从而说明介电驰豫过程与晶粒的电子传导密切相关。利用样品从室温到393K的循环电学性能和热重测试研究纳米晶的表面水对电学性能的影响，由于表面水的不可恢复性导致了晶粒电导率的降低。通过TG-DTA，我们研究了NiO纳米晶添加剂对高氯酸铵热分解的催化作用。其中比表面积最大的NiO纳米晶添加剂对高氯酸铵的催化活性最好。　　
(2)通过室温醇热制备直径为5.1 nm的CuO纳米棒，然后再分别用水热法和高温烧结法制备不同晶粒尺寸的CuO纳米晶。水热法制备并没有改变样品的形貌，只是平均直径逐渐增大。随着晶粒尺寸的增大，样品的比表面积和表面水都逐渐减小。不同晶粒尺寸的样品均对高氯酸铵的热分解有催化作用。样品的比表面积越大，对高氯酸铵的催化效果越好。CuO纳米晶经过烧结后的形貌变成球状。随着球状样品晶粒尺寸的减小，样品的晶格体积膨胀，比表面积和表面水含量都增大。样品的红外和拉曼光谱都随着晶粒尺寸的变化而红移或者蓝移。样品的形貌和表面水的变化对高氯酸铵热分解的影响不大，而与比表面积的变化密切相关。MO(M=Ni，Cu， Zn)纳米材料的合成和物理化学性能研究。　　
(3)通过不同温度水热反应，制备一系列晶粒尺寸不同的ZnO纳米棒。所有的样品均能有效降低高氯酸铵的高温热分解温度和提高高氯酸铵的热分解速度，增加反应放热量。其中57nm ZnO对高氯酸铵的催化效果最好。