一维无机半导体/导电聚合物核-壳纳米复合物的制备与性质研究

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无机半导体/导电聚合物纳米复合材料是一类新型功能复合材料。采用导电聚合物的复合作用使无机半导体纳米粒子复合于导电聚合物中。它结合了导电聚合物、无机半导体材料两者的优越性,在体现导体和半导体的双重特性的同时,二者耦合后还能因为互补作用、协同作用显示出未知的新性质。除此之外,复合材料还能克服每一种组分自身的缺点。因此,这类纳米复合材料已经成为材料科学中一个重要的前沿研究领域。由于表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应的存在,一维形貌的纳米级别材料在电学、光学、磁学、化学、热学及机械性能方面呈现出比体相材料更加优越的性质。基于以上原因,一维纳米材料已经成为纳米尺寸的电子器件、光电子器件、机械传动装置的优良候选材料。同时,它也将在纳米导线、开关、线路、高性能光导纤维及新型激光或发光二极管材料等方面发挥巨大的作用。由于无机半导体/导电聚合物纳米复合材料和一维纳米材料具有重要的应用前景,对于开发新型光电材料意义重大。因而,本文对这两类材料进行了相关研究,制备了两种具有核-壳结构的一维无机半导体/导电聚合物纳米复合物,并且对它们的电化学性质和发光性质进行了探索。具体内容如下:1.一维ZnS/PP内米复合物的制备。首先使用溶剂热法制备ZnS纳米棒。之后在乙醇体系中使用聚乙烯吡咯烷酮对ZnS纳米棒进行表面修饰。最后以水为溶剂、过硫酸铵为氧化剂,在ZnS纳米棒表面原位聚合吡咯单体,最终得到ZnS/PPy复合纳米棒。红外光谱、拉曼光谱等测试表明,ZnS纳米棒被成功包裹在PPy内部,形成ZnS/PPy纳米复合物的核-壳结构。在反应中,当加入不同比例的ZnS纳米棒、PVP和吡咯单体时,得到的最终产物具有不同的形貌,因此从中可以确定制备最佳形貌ZnS/PPy纳米棒的最佳比例:0.01 g ZnS纳米棒、0.01 g PVP、20μgPy。利用紫外-可见光谱和循环伏安对纳米棒进行测试,结果表明ZnS纳米棒和PPy之间存在电荷转移现象。2. CdS/PEDOT和CdS/PANi复合纳米棒的制备。使用溶剂热法制备得到CdS纳米棒。以盐酸作为掺杂剂、过硫酸铵为氧化剂,在CdS纳米棒表面原位聚合了聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)和聚苯胺(PANi)。在反应中,盐酸不仅作为掺杂剂,同时也起到了表面修饰CdS纳米棒的作用,使导电聚合物单体能够聚集在CdS纳米棒表面进行聚合。扫描电镜和透射电镜观察,证实了复合物具有核-壳结构。红外光谱、X射线光电子能谱和热重等测试结果表明CdS纳米棒和导电聚合物之间存在着电荷转移。除此之外,复合物也具有一定的发光性质。相比较于结构均一的CdS纳米棒的发射光谱,复合物的发射光谱中最强的发射峰发生蓝移,证明了复合物内部的电荷转移现象。复合物的发射光谱峰型变宽是由测试过程中固体粉末的低分散度和复合物纳米棒本身的不均一性造成的。
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