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PANI纳米电纺纤维可控沉积技术的研究及应用

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PANI纳米电纺纤维可控沉积技术的研究及应用

作者：施陈飞浙江大学

学位级别：硕士

纳米材料的研究始于20世纪90年代初期,因其特殊而卓越的性能,一直受到众多学者的关注,在生物医学、电化学、传感器等多个领域得到长足发展。其中,静电纺丝技术作为一种简单有效、相对容易操控的方法来制备纳米材料已经逐渐得到大家认可... 详细信息

纳米材料的研究始于20世纪90年代初期,因其特殊而卓越的性能,一直受到众多学者的关注,在生物医学、电化学、传感器等多个领域得到长足发展。其中,静电纺丝技术作为一种简单有效、相对容易操控的方法来制备纳米材料已经逐渐得到大家认可。目前,通过静电纺丝技术制备的聚合物纳米纤维由于接收装置的原因大多是无规则排列的,很难实现定向可控沉积。而研究表明,单一无序堆积式的电纺纳米纤维相对于有序纤维在性能上会有所欠缺,纳米材料本身具有的优异力学性能和电学性能在无序纳米纤维的应用过程中得不到很好的体现。一般认为,纺丝过程中伴随着溶剂挥发、纤维细化以及其他因素的变化,喷射流表现出的摆动非稳状态直接影响纤维的沉积形貌。本论文针对聚苯胺材料的气敏特性,基于静电纺丝技术对其气敏单纤维的可控沉积技术进行了进一步研究和优化,并构建了聚苯胺纳米纤维气敏传感器结构,在低浓度氨气环境中进行了应用试验。具体研究内容包括：(1)具有氨气检测气敏特性的聚苯胺材料掺杂及导电性优化;(2)在滚筒式静电纺丝的基础上,利用正交试验法获得纳米纤维制备的最佳参数水平(对纤维平均直径,对纤维有序度,对纤维沉积区域宽度)以及参数对纤维形貌的影响程度,实现了纳米纤维的定向可控沉积;(3)制备了单纤维、有序、无序等不同的PANI纳米纤维传感器;(4)对单纤维、有序、无序等纳米纤维传感器的气敏性特征进行了检测、比较和分析。实验结果表明：(1)提高滚筒式接收器的转速,可以减小纤维直径,提高纤维有序度,缩小纤维沉积区域。这说明滚筒的定向牵引不仅有利于纤维细化,对纤维非稳定状态也有一定的控制作用。当转速在1300r/min左右,有序度可达92%,基本实现纤维可控沉积,此时纤维沉降速度约为1.2m/s。(2)实验制备的聚苯胺单纤维传感器对低浓度氨气有良好的灵敏度,响应速度较快,响应时间约为12s;而相对于无序纳米纤维传感结构，有序纳米纤维传感结构表现出更好的气敏特性。

关键词：静电纺丝技术聚苯胺可控沉积单纤维传感结构气敏测试

TiO2电极上可控沉积异质结及光电转化性能研究

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TiO2电极上可控沉积异质结及光电转化性能研究

作者：齐乐辉黑龙江大学

学位级别：硕士

在利用半导体材料实现光催化和光电转化等过程的探索中发现，降低光生载流子的复合率和提高太阳能的利用率是两个关键因素。研究者采用了多种手段和方法以解决这两个瓶颈因素。本文采用电沉积技术以ITO／TiO薄膜为基底进行可控沉积CdS... 详细信息

在利用半导体材料实现光催化和光电转化等过程的探索中发现，降低光生载流子的复合率和提高太阳能的利用率是两个关键因素。研究者采用了多种手段和方法以解决这两个瓶颈因素。本文采用电沉积技术以ITO／TiO薄膜为基底进行可控沉积CdS纳米薄膜。通过EDS、XRD、N吸附-脱附，SPS、SEM、荧光光谱、光电测试系统和交流阻抗谱等方法对样品性能进行测试和表征。探讨了体系pH值、沉积时间、沉积电位等条件对电沉积TiO-CdS异质结的调控，并研究了TiO-CdS异质结的光电性能以及光催化性能。实验结果表明：采用水热合成法与溶胶-凝胶法制备的TiO溶胶粒子混合溶液，经过浸渍提拉法制备的ITO／TiO薄膜具有堆积的孔道结构，孔径分布在3.8 nm到4.7 nm之间。以ITO／TiO薄膜为基底，采用0.1 mol／L CdCl为Cd的沉积源，0.01 mol／L NaSO为S的沉积源，当电解液PH值为1.5，在-1.0 V下沉积时可以得到Cd／S的原子比接近1：1的CdS薄膜，单个CdS粒子的粒径为13 nm左右。沉积得到的CdS晶体具有六方为主并混有立方相的晶体结构，并且在(002)晶面沿着基底的c-轴择优取向生长。没有经过温度处理，结晶度依然很高。 SEM、SPS等结果表明CdS首先沉积在三层TiO堆积形成的孔道中，当孔道被填满之后，CdS在薄膜表面继续沉积，并以TiO粒子为生长点。沉积在孔道中的CdS与TiO形成了异质结。通过荧光光谱和光电流作用谱结果表明在TiO薄膜电极上采用电化学沉积法沉积CdS之后，CdS的荧光信号减弱，从而提高了TiO薄膜电极的光电性能，起到了敏化的作用。通过改变沉积时间和沉积电位等电沉积条件，可以改变CdS薄膜的沉积量以及组成的变化和CdS粒径的大小。光电催化数据表明外加静电电场起到了分离光生载流子的作用，电位越高，光生载流子分离效果越好，催化效果也越好，降解率越高。如果外加电位过高，RhB就会直接发生电氧化，ITO／TiO／CdS复合薄膜只是作为一个电阻很大的电极来导电，所以本应该作为催化主体的ITO／TiO／CdS复合薄膜对RhB的降解率反而降低。

关键词：二氧化钛可控沉积异质结光电转化光催化

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胶体刻蚀纳米结构化表面的构筑与应用

高等学校化学学报 2010年第5期31卷 839-854页

作者：张刚赵志远汪大洋吉林大学化学学院超分子结构与材料国家重点实验室长春130012 Max Planck Institute of Colloids and Interfaces Potsdam 14424 Germany

综述了近年来胶体刻蚀领域的研究进展,分别讨论了基于胶体微粒和胶体晶体为模板的可控沉积与可控刻蚀及在固体平面基质、曲面基质和气液界面等不同基质上构筑结构化表面的方法.同时还探讨了利用胶体刻蚀方法形成的微纳结构在光、电、磁... 详细信息

综述了近年来胶体刻蚀领域的研究进展,分别讨论了基于胶体微粒和胶体晶体为模板的可控沉积与可控刻蚀及在固体平面基质、曲面基质和气液界面等不同基质上构筑结构化表面的方法.同时还探讨了利用胶体刻蚀方法形成的微纳结构在光、电、磁以及表面润湿和生物学等方面的应用.

关键词：胶体刻蚀胶体晶体可控沉积可控刻蚀图案化

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空间电场对单根纳米纤维沉积的影响分析

华侨大学学报（自然科学版） 2009年第5期30卷 502-505页

作者：李文望孙道恒厦门大学物理与机电工程学院福建厦门361005 厦门理工学院机械工程系福建厦门361005

基于近场静电纺丝,分别讨论单根纳米纤维在平面硅片、图案化硅片基底上的沉积规律.当收集板运动速度大于纳米纤维喷射速度时,将获得直线状纳米纤维;而当收集板运动速度小于纳米纤维喷射速度,纳米纤维易受电场力和电荷排斥力的影响而产... 详细信息

基于近场静电纺丝,分别讨论单根纳米纤维在平面硅片、图案化硅片基底上的沉积规律.当收集板运动速度大于纳米纤维喷射速度时,将获得直线状纳米纤维;而当收集板运动速度小于纳米纤维喷射速度,纳米纤维易受电场力和电荷排斥力的影响而产生弯曲鞭动,并缠绕成纳米纤维带或螺旋状结构.采用图案化硅基作为收集板时,电场分布发生变化,微结构表面电场强度大于其他区域.纳米纤维在微结构表面产生聚集,且微结构表面电场的增强也加快纳米纤维喷射速度.

关键词：近场静电纺丝纳米纤维电场分布可控沉积

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近场静电纺丝技术制备纳米纤维及其应用

近场静电纺丝技术制备纳米纤维及其应用

作者：王伟栋青岛大学

学位级别：硕士

近几年材料科学得到了蓬勃的发展,纳米材料作为其重要课题成为了众多科研团队的研究方向。目前,制备和应用纳米材料的方法众多,静电纺丝法是其中典型的代表。静电纺丝技术制备的纳米纤维具有比表面积高、尺寸微小、稳定性好等优点,但是... 详细信息

近几年材料科学得到了蓬勃的发展,纳米材料作为其重要课题成为了众多科研团队的研究方向。目前,制备和应用纳米材料的方法众多,静电纺丝法是其中典型的代表。静电纺丝技术制备的纳米纤维具有比表面积高、尺寸微小、稳定性好等优点,但是电纺过程中也存有高压静电危险系数高、能耗多、纤维杂乱无序等缺陷。近场静电纺丝技术的提出,有效地解决了这些问题。该技术是通过降低纺丝间距,减小纺丝电压的形式实现电纺。由于近场电纺还具备纤维精确可控沉积的特点,因此极大的促进了该技术在微纳加工及生物医学领域的应用。本文主要做了三方面工作。一是归纳了近场静电纺丝技术发展的历程以及总结其应用;二是探索了影响制备纳米纤维的因素的规律,并进行了归纳总结;三是运用影响近场电纺纤维因素的规律制备出了导电性纳米纤维,并研究了不同情况下的纤维形貌和导电性能的差异。第一,对国内外各科研团队十多年来探索出的近场电纺技术的成果进行了综述。总结了近场电纺从萌生到成熟的全过程。包括近场电纺技术概念的提出、影响因素的初步探索以及直写纳米纤维定向沉积等深层次探究。同时对近场电纺制备纤维的应用做了全方位归纳。第二,通过改进传统静电纺丝装置,增设可移动收集平台,运用近场电纺技术制备出了阵列纳米纤维,探索出了影响纤维形貌因素的规律。研究发现影响因素主要包括接收基底的材质、收集极的移动速度、纺丝电压的大小、电纺针头的形状等。根据实验现象对影响因素规律进行了归纳并做了理论性分析。第三,运用近场电纺影响因素的规律,分别以添加DMSO、EG、EMIMAc的PEDOT:PSS-PVP溶液作为纺丝前驱液,成功制备出了三种不同的导电纤维。收集时采用了两种柔性不同的基底。实验主要对不同导电纤维的形貌和导电性能进行了对比;对不同基底所接收纤维导电性能的差异做了研究;还对柔性基底接收纤维在不同弯曲程度下的导电性能做了比较。根据实验所得现象,对各个规律进行了归纳总结并进行了理论性分析。最后,对实验情况做了总结概述,结合前人的探索,就下一步工作进行了规划和展望。

关键词：低压近场电纺可控沉积微纳米纤维纳米器件

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多元不对称粒子的制备及性质研究

多元不对称粒子的制备及性质研究

作者：石增敏吉林大学

学位级别：硕士

近年来，无论在工业上还是学术领域中，不对称粒子都得到了巨大的关注。它们凭借其独特的性质，可以被广泛的用于许多领域。例如表面活性剂、化学及生物传感器、电子纸显示材料、药物传递、可控释放系统。有许多简单的方法，可以被用于... 详细信息

近年来，无论在工业上还是学术领域中，不对称粒子都得到了巨大的关注。它们凭借其独特的性质，可以被广泛的用于许多领域。例如表面活性剂、化学及生物传感器、电子纸显示材料、药物传递、可控释放系统。有许多简单的方法，可以被用于不对称微粒的制备。例如微接触印刷、相分离法、固定化法和基于微流体法。在本文中，我们通过聚合物（PS）掩蔽，结合反应性离子刻蚀及物理可控沉积和化学沉积反应，制备修饰区域可控的多元不对称微粒。在第二章中，我们利用聚合物（PS）掩蔽法，结合物理可控沉积和化学沉积反应，制备了多区域不对称粒子。首先，通过两种方法处理二氧化硅微球表面，得到疏水的二氧化硅微球。运用气液界面法，在聚合物（PS）膜上形成单层密堆积二氧化硅微球阵列。接着，利用自身重力热压，二氧化硅微球部分陷入到PS膜中，得到部分掩蔽的二氧化硅微球阵列。这里通过调整PS膜层的厚度，来控制二氧化硅微球掩蔽区域的大小。发生银镜反应后，银纳米粒子仅在二氧化硅裸露的部位生长，实现了修饰区域的可控。其中银纳米粒子在微球上的分布密度及银纳米粒子颗粒的大小可以通过调整银氨溶液的浓度和银镜反应的温度来控制。最后利用物理的可控沉积，在银纳米粒子/二氧化硅不对称粒子阵列上沉积金属。得到金/银纳米粒子/二氧化硅多元不对称粒子及镍/银纳米粒子/二氧化硅多元不对称粒子。由于粗糙的金半球壳及银纳米粒子具有特定的光学性质，故金/银纳米粒子/二氧化硅多元不对称粒子有潜力用于传感器等许多领域。镍/银纳米粒子/二氧化硅多元不对称粒子，通过磁性表征，发现保持了镍的磁性。结合镍的磁性及银纳米粒子特定的光学性质，镍/银纳米粒子/二氧化硅多元不对称粒子有潜力用于磁控方向性催化和远程操纵对特定区域的灭菌及分离等。在第三章中，我们结合使用聚合物掩蔽、各向异性等离子体刻蚀和物理可控沉积及化学沉积反应，制备了多嵌段多元不对称粒子。首先，利用两种方法处理二氧化硅微球表面，得到疏水的二氧化硅微球。我们通过界面法，在平面基地上得到密堆积二氧化硅微球单层。接着，利用热处理和掩蔽/去掩蔽两种方法，得到修饰区域可控的金属/二氧化硅不对称粒子阵列。需要指出的是，通过调节PS膜的厚度和刻蚀聚合物的时间可以控制微球两极修饰区域的大小。两种方法对比，我们发现热处理更适合修饰区域较大时使用。而掩蔽/去掩蔽法更能精确地控制修饰区域的大小。将金属/二氧化硅不对称粒子阵列翻转后刻蚀，同样可以通过调整刻蚀时间来控制修饰区域的面积。这里，我们利用金属热蒸发沉积和化学沉积反应对二氧化硅微球的两极进行修饰，分别得到其中一极为金，另一极为金（镍、银纳米粒子）和一极为镍，另一极为银纳米粒子的多元不对称粒子。研究发现，镍修饰的多元不对称粒子都保持了镍的磁性。同时也发现，PS膜是一个很好的掩蔽物质。即使修饰过程发生在溶液中，PS膜也有很好的掩蔽效果。此外，在整个实验过程中所使用的材料成本都很低且容易获得，实验操作也简单易行，得到的不对称微粒具有多功能性（例如磁性，光学性质，以及作为构筑基元用于复杂结构）。

关键词：多元不对称部分掩蔽可控沉积二氧化硅微球

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近场静电纺丝制备纳米纤维及应用的研究进展

青岛大学学报（自然科学版） 2016年第1期29卷 24-33页

作者：王伟栋贺晓晓黄家寅龙云泽青岛大学物理科学学院青岛266071 青岛大学山东省海洋生物质纤维材料及纺织品协同创新中心青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地青岛266071

静电纺丝技术是一种简易、高效制备微纳米纤维的技术,其制备的纤维直径在几个纳米到几个微米之间,具有独特的物理化学性质。因此探索和开发静电纺丝技术及纤维的应用成为各国的研究热点。由于电纺中高压静电存在安全、能耗问题,以及近... 详细信息

静电纺丝技术是一种简易、高效制备微纳米纤维的技术,其制备的纤维直径在几个纳米到几个微米之间,具有独特的物理化学性质。因此探索和开发静电纺丝技术及纤维的应用成为各国的研究热点。由于电纺中高压静电存在安全、能耗问题,以及近年来对可控沉积纳米纤维的迫切需求,出现了低压近场电纺技术。具有纺丝电压低,纤维精确可控沉积的特点,在微纳加工技术及生物医学等领域具有巨大的应用潜力。综述了近场静电纺丝技术的机理、发展、最新进展及应用前景。

关键词：低压近场电纺可控沉积微纳米纤维纳米器件

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近场静电纺丝技术用于生物学领域的研究进展

口腔生物医学 2017年第4期8卷 211-214页

作者：任双双苗雷英孙卫斌南京大学医学院附属口腔医院牙周病科江苏南京210008 南京大学医学院附属口腔医院牙体牙髓科江苏南京210008

近场静电纺丝技术是改进传统静电纺丝的参数为低电压和近接收距离的纺丝技术,实现可控走向纤维的制备,三维层叠的支架制备,在多个领域具有较高的应用价值。本文就近场静电纺丝技术的提出与发展、相关参数的控制、三维支架的制备及生物... 详细信息

近场静电纺丝技术是改进传统静电纺丝的参数为低电压和近接收距离的纺丝技术,实现可控走向纤维的制备,三维层叠的支架制备,在多个领域具有较高的应用价值。本文就近场静电纺丝技术的提出与发展、相关参数的控制、三维支架的制备及生物学领域应用方面进行综述。

关键词：近场静电纺丝技术可控沉积三维支架生物应用