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锐钛矿相单分散TiO_2纳米棒的合成及其自组装特性研究

作　者: 叶波
导　师: 王智宇
学　校: 浙江大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: TiO2纳米棒 胺解 自组装 超晶格 液晶相 耗尽力 偶极矩 无机液晶
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文开展了锐钛矿相单分散TiO2纳米棒的合成及其自组装特性研究工作,初步探索了TiO2纳米棒在无机液晶材料上的应用。我们采用独特的高温“胺解”思路,在TNBT/OLAC/OLAM为1:15:6 mmol的配方下制备出直径几乎一致的、具备自组装特性的TiO2纳米棒（直径约1.5nm、长度26～34 nm）。而且针对不同反应物中的羰基碳在油胺的亲核攻击下所表现的不同反应活性,提出了一个崭新的“胺解”反应机理,然后针对我们的实验对该机理作出了的具体阐释。本文首次获得了一维TiO2纳米棒的自组装超晶格材料,该超晶格可以具有六种不同的液晶相结构——丝带状、近晶相、柱状、蜂窝状、多米诺骨牌状、板层状,在探索未来新材料和器件的道路上起到了重要的推动作用。我们从微观层次深入探讨了各类实验参数对TiO2纳米棒最终组装形貌的影响,将影响组装行为的参数分为溶剂蒸发动力学因素和导向作用力因素两方面去进一步讨论。此外,将油酸表面活性剂所带来的耗尽力和TiO2纳米棒之间的偶极力作为主要的自组装驱动力,加以重点阐述。在这里Accelrys Materials Studio模拟软件作为一个新的策略,结合Tasker的偶极矩理论,清晰地证明了TiO2纳米棒沿着其c轴晶向存在着偶极矩。最后,基于TiO2纳米棒的可控合成和自组装特性,本文成功将能够自组装的TiO2纳米棒用作无机液晶材料的基材,获得了其初步的偏振光学表征,试图建立和发展液晶材料的设计新思路与制备新途径。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 文献综述  9-24
  1.1 半导体纳米晶的研究起源  9-11
  1.2 半导体纳米晶的合成  11-17
    1.2.1 单分散NCs的合成方法的建立与发展  11-15
      1.2.1.1 非水相(non-aqueous)合成法  11-13
      1.2.1.2 水相(aqueous)合成法  13
      1.2.1.3 液体-固体-溶液(liquid-solid-solution)界面相转移-相分离合成法  13-15
    1.2.2 单分散NCs的形貌控制  15-17
      1.2.2.1 晶体结构对形貌的影响  15
      1.2.2.2 晶体表面能对形貌的影响  15-16
      1.2.2.3 单体浓度对形貌的影响  16-17
  1.3 单分散纳米晶体系的自组装  17-20
    1.3.1 缓慢溶剂蒸发法自组装  18-19
    1.3.2 添加非溶剂法自组装  19
    1.3.3 反相微乳体系法自组装  19
    1.3.4 静电吸引诱导法自组装  19
    1.3.5 EBS(Emulsion-based Bottom-up Self-assembly)法自组装  19-20
  1.4 挑战与展望  20-21
  1.5 本论文的研究范畴  21-22
    1.5.1 为何选取"一维"纳米晶作为研究对象  21
    1.5.2 为何选取"TiO_2"纳米晶作为研究对象  21-22
  参考文献  22-24
第二章 锐钛矿相单分散TiO_2纳米棒的合成  24-39
  2.1 TiO_2纳米棒的制备研究现状  24-27
    2.1.1 模板-定向合成法  25-26
    2.1.2 化学气相沉积法  26-27
    2.1.3 水热(溶剂热)法  27
  2.2 实验路线设计  27-36
    2.2.1 实验原料  28-29
    2.2.2 实验设备  29-30
    2.2.3 操作步骤  30
    2.2.4 反应机理与形成机制  30-36
  本章小结  36-37
  参考文献  37-39
第三章 单分散TiO_2纳米棒的自组装特性研究  39-56
  3.1 实验方法  40
  3.2 结果与讨论  40-54
    3.2.1 组装过程中溶剂蒸发动力学因素  41-47
    3.2.2 组装过程中导向作用力因素  47-54
      3.2.2.1 熵致耗尽吸引力  47-49
      3.2.2.2 能致吸引力(范德华力、偶极-偶极相互作用)  49-54
  本章小结  54
  参考文献  54-56
第四章 TiO_2纳米棒的初步应用探索:无机液晶  56-60
  4.1 引言  56-58
  4.2 本文对于TiO_2纳米棒的应用探索工作  58-59
  参考文献  59-60
第五章 结论  60-62
攻读硕士期间发表的论文  62

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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