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由于纳米材料的尺寸和形貌影响它们的物理和化学性质,而这些性质与原子或体相材料的性质有很大的不同,所以具有特定尺寸、形貌和晶体结构的纳米材料的控制生长已经成为现代材料研究的一个重要组成部分。近年来,很多研究工作集中在不同形貌纳米材料的制备上。在本博士论文中,我们主要发展了一些新的溶剂热方法来调控纳米金属氧化物和硫化物的形貌。
(1)利用一种新的溶剂热氧化反应制备了表面不含羟基的氧化锌纳米晶。在干燥的氮气氛下和不同的有机溶剂中,通过三甲基氧化胺或对甲基氧化吡啶氧化锌粉获得。研究发现,氧源和有机溶剂对氧化锌纳米晶的形貌和尺寸有很大的影响。另外,研究了湿溶剂中少量的水对纳米晶形成的作用。讨论了氧化锌纳米晶可能的形成机理。
(2)在溶剂热的条件下,以不同的有机物诸如乙二醇,聚乙二醇-200,聚乙二醇-400,聚乙二醇-10000,聚乙二醇-20000,或聚乙烯吡咯烷酮K-30为添加剂,通过D-葡萄糖还原硫酸铜的途径获得了氧化亚铜的立方单晶和球形多晶颗粒。有机添加剂在氧化亚铜的形成中扮演了重要的角色,并且它们导致了不同微结构的氧化亚铜的形成。分别用扩散机制和聚集机制解释了单晶和多晶氧化亚铜颗粒形成的机理。当反应体系中存在聚乙二醇-10000,聚乙二醇-20000或聚乙烯吡咯烷酮K-30时,单晶氧化亚铜通过扩散机制形成,而当反应体系中存在乙二醇,聚乙二醇-200或聚乙二醇-400时,多晶氧化亚铜通过聚集机制形成。同时,pH值也影响了最终产物的生成。
(3)通过溶剂热方法制备了不同钨酸盐(如钨酸锰,钨酸锌以及钨酸钙)的纳米粒子和纳米棒。
反应体系的压力,pH值和温度对钨酸锰纳米晶的形貌具有重要的影响。利用同系物表面活性剂可以调控钨酸锰纳米晶的生长。这些表面活性剂在溶剂热合成中扮演了重要的角色。同系物表面活性剂的分子量与所生成的纳米棒的纵横比有着明显的相关性。
钨酸锌纳米晶的尺寸和形貌依赖于反应温度和pH值。在水热条件下,钨酸锌纳米棒的长度随着溶液pH值的增大而增长。在pH值等于11及反应温度为180℃的条件下,通过对不同反应时间得到的产物的分析,研究了钨酸锌纳米晶可能的形成机理。这提供了从纳米粒子转变为纳米棒的一个新例子。
在聚乙二醇-200存在下,反应溶液的pH值为9,反应温度为180℃,反应14小时,形成了钨酸钙纳米棒。然而,在乙二醇存在下,反应温度为60-180℃,或者在聚乙二醇-2000存在下,反应温度为180℃,反应14小时,却得到了钨酸钙球形纳米粒子。另外还研究了纳米尺寸的钨酸锌及钨酸钙的荧光性质。
(4)利用一个新的简单的高分子溶胶-凝胶方法制备了大小均一的尺寸较小(<1μm)的具有荧光性质的铈酸锶。这个产物是在1100℃下较短的反应时间获得。利用不同的高分子诸如聚乙二醇-2000,聚乙二醇-10000,或明胶制备铈酸锶粉末。在聚乙二醇-2000作为凝胶高分子时获得了纯的铈酸锶,而聚乙二醇-10000或明胶作为凝胶高分子时,得不到纯的铈酸锶。进一步研究表明,在较短的反应时间里获得的铈酸锶的荧光强度大于在较长的反应时间里获得的铈酸锶的荧光强度。
(5)在相对低的反应温度下,通过氨水浓度和反应时间的调节可对硫化镉形貌进行调控,获得了空心的硫化镉纳米球和花生壳。另外,在溶剂热条件下,构建了其它不同形貌(如棒型,梭子型,树叶型,网状和管状等)的硫化镉。