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热蒸发法制备sio2纳米材料及其参数影响研究

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热蒸发法制备SiO2纳米材料及其参数影响研究

作者：刘秋颖渤海大学

学位级别：硕士

纳米材料是材料领域当中非常重要的研究对象。sio纳米材料作为纳米材料中重要的成员之一,其在透明绝缘、光电子器件、光化学和光波导等领域具有潜在的应用价值。本文利用热蒸发方法(物理气相沉积方法),探索了催化剂、沉积温度以及还原... 详细信息

纳米材料是材料领域当中非常重要的研究对象。sio纳米材料作为纳米材料中重要的成员之一,其在透明绝缘、光电子器件、光化学和光波导等领域具有潜在的应用价值。本文利用热蒸发方法(物理气相沉积方法),探索了催化剂、沉积温度以及还原剂对制备的sio纳米材料的结构、形貌及性能的影响规律。得出以下结论:(1)采用热蒸发方法,使用Pt作催化剂时,制备的sio纳米材料在结构上具有直径小、表面光滑、材料的顶端有液滴等特点;在光学性能上,由于Pt元素的掺入,sio纳米材料的发射峰发生了蓝移(630 nm至568 nm)且发光强度减弱。(2)采用热蒸发方法,沉积温度不同时,随着沉积温度的降低纳米线的长度变短,直径略细;光致发光光谱显示,样品具有较强的绿色发光带,该研究对改善光电子器件的性能应用具有重要意义。(3)采用热蒸发方法,使用C作还原剂时,对制备的sio纳米材料经过EDX、XRD及Raman检测发现纳米材料中存在少量的碳化合物和Si纳米晶;另外,用C作还原剂时制备的纳米线展现出独特的光学特性,发光范围较宽。

关键词：热蒸发法 sio2纳米材料生长机制光学性能

第一性原理研究一维sio_2纳米材料的结构和性质

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物理学报 2006年第8期55卷 4221-4225页

作者：徐灿曹娟高晨阳兰州大学物理科学与技术学院

运用密度泛函理论,在631G(d)基组水平上,对二元环组成的sio2单链、双链纳米线和三元环组成的纳米管进行几何优化,并对其结合能、电子结构和振动频率进行计算.结果表明,平均结合能和能隙均随着sio2单元的增加单调变化.红外光谱的分析发现... 详细信息

运用密度泛函理论,在631G(d)基组水平上,对二元环组成的sio2单链、双链纳米线和三元环组成的纳米管进行几何优化,并对其结合能、电子结构和振动频率进行计算.结果表明,平均结合能和能隙均随着sio2单元的增加单调变化.红外光谱的分析发现,径向和切向的振动频率与强度随着长度的变化有明显的移动.径向的振动频率向高频端移动,而切向的振动频率则向低频端移动,即sio2纳米材料中存在量子尺寸效应和各向异性现象.

关键词： sio2纳米材料能隙振动光谱尺寸效应

(sio_2)_nO_2H_4的红外振动光谱的理论研究

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光谱学与光谱分析 2007年第9期27卷 1715-1718页

作者：曹娟徐灿朱莉芳王喜民兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室靖远煤业公司第四中学甘肃白银730913

运用密度泛函理论,在6-31G(d)基组水平上,计算了纳米尺度的(sio2)nO2H4链状、环状、笼状三种不同构型的红外振动光谱。对准一维的链状和环状结构,红外振动较强峰的频率随着长度的增加单调变化,显示了较强的尺寸依赖性;沿纳米线(环)轴向... 详细信息

运用密度泛函理论,在6-31G(d)基组水平上,计算了纳米尺度的(sio2)nO2H4链状、环状、笼状三种不同构型的红外振动光谱。对准一维的链状和环状结构,红外振动较强峰的频率随着长度的增加单调变化,显示了较强的尺寸依赖性;沿纳米线(环)轴向和垂直于轴向的振动模式,频率对尺寸的依赖关系相反,揭示了纳米材料的振动性质的各向异性。笼状结构由于构型的复杂性而使得其不具备准一维的特性,同时结构的对称性降低,红外振动模式数目增加。三种构型中二元环和硅羟基的振动以及笼状构型中硅氧四面体骨架的振动与实验上所观测到的振动峰相吻合。红外光谱方面的理论计算结果对实验合成的sio2纳米材料的表征具有指导意义。

关键词： sio2纳米材料红外光谱密度泛函

二氧化硅纳米线中振动模式奇偶振荡的理论研究

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物理化学学报 2007年第11期23卷 1733-1737页

作者：徐灿张小芳陈亮朱莉芳张荣君兰州大学物理科学与技术学院磁学与磁性材料教育部重点实验室兰州730000 复旦大学光科学与工程系先进光子学材料与器件国家重点实验室上海200433

运用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平上,计算了(sio_2)_n和(sio_2)_nO_2H_4(n=3-20)准一维链状纳米线的振动光谱.结果发现,在红外和拉曼光谱中振动频率和强度随着二氧化硅纳米线单元个数的奇偶变化,表现出奇偶振荡现象.团... 详细信息

运用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平上,计算了(sio_2)_n和(sio_2)_nO_2H_4(n=3-20)准一维链状纳米线的振动光谱.结果发现,在红外和拉曼光谱中振动频率和强度随着二氧化硅纳米线单元个数的奇偶变化,表现出奇偶振荡现象.团簇两端极性基团取向的影响,使不同振动模式的奇偶振荡强弱有所差异,进一步从极化率说明了羟基对准一维(sio_2)_n纳米线奇偶性变化所起的作用.

关键词：密度泛函理论奇偶振荡 sio2纳米材料红外光谱拉曼光谱

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基于氧化物纳米材料甲醛气体传感器的研究

基于氧化物纳米材料甲醛气体传感器的研究

作者：陈思宇华南理工大学

学位级别：硕士

甲醛作为空气中与人类最相关的致癌物之一,甲醛污染始终对人类健康存在着巨大的威胁,因此对空气中甲醛的有效检测具有重要意义。目前,已经开发出多种方法用于空气中甲醛的有效检测。其中,基于氧化物纳米材料的甲醛气体传感器法因同时具... 详细信息

甲醛作为空气中与人类最相关的致癌物之一,甲醛污染始终对人类健康存在着巨大的威胁,因此对空气中甲醛的有效检测具有重要意义。目前,已经开发出多种方法用于空气中甲醛的有效检测。其中,基于氧化物纳米材料的甲醛气体传感器法因同时具备了氧化物纳米材料的高比表面积、多活性位点、多孔结构和气体传感器的高灵敏度、操作简单、成本低廉等优点,获得了广泛地关注与应用。本文主要选择两种常见的氧化物纳米材料:Ti O和Si O,并以两种材料为基础分别构建了电阻式和比色式甲醛气体传感器成功实现了对甲醛的定量检测。研究内容及相关结果如下:(1)以氟化铵为电解质、甘油和水为溶剂,采用阳极氧化法成功制备了Ti O纳米管电阻式气体传感器用于甲醛的高效检测。探究了不同湿度条件对甲醛检测的影响,发现在不同湿度下Ti O纳米管表面所携带的离子基团是不同的,不同的离子基团与甲醛反应的最终产物也是不同的,这导致了传感器在较高和较低湿度下检测甲醛产生了完全相反的检测结果(电阻减小,电阻增大)。除此以外,还探究了不同制备条件(阳极氧化电压、阳极氧化时间和退火温度)对甲醛检测的影响。在最佳制备条件下,所制备的Ti O纳米管电阻式气体传感器能够在室温下实现对甲醛的高效检测并具有良好的选择性,线性范围为0.1-10 ppm。(2)通过静电纺丝法将聚丙烯腈(PAN)和亲水sio复合,制备出PAN/Si O复合纳米纤维膜,并通过扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征证明了Si O成功修饰在PAN纳米纤维上,经处理液处理后得到PAN/Si O比色气体传感器用于甲醛的高效检测。复合材料结合了PAN纳米纤维高比表面积、多活性位点和Si O多孔、高亲水性的优点,比纯PAN纳米纤维膜展现出更好的在较高或较低湿度下检测甲醛的能力。此外,还探究了不同制备条件(Si O质量分数和PAN质量分数)对甲醛检测的影响。在最佳制备条件下,所制备的PAN/Si O比色气体传感器展现出良好的稳定性、选择性和重现性,线性范围为25 ppb-5 ppm,实现了在30%相对湿度下对甲醛的有效检测,并且明显的颜色梯度变化更有利于对不同浓度的甲醛进行区分。

关键词：甲醛气体传感器电阻式甲醛气体传感器比色式甲醛气体传感器 TiO2纳米材料 sio2纳米材料

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一维二氧化硅纳米材料的光谱研究

一维二氧化硅纳米材料的光谱研究

作者：张小芳兰州大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,纳米科技越来越受到人们的关注。纳米材料引起了材料界和物理界的极大兴趣和广泛关注,很快形成了世界性的“纳米热”。近几年来,人们利用各种方法陆续合成了多种一维纳米材料,诸如纳米管、纳米线、纳米棒、纳米带和纳米... 详细信息

随着科技的发展,纳米科技越来越受到人们的关注。纳米材料引起了材料界和物理界的极大兴趣和广泛关注,很快形成了世界性的“纳米热”。近几年来,人们利用各种方法陆续合成了多种一维纳米材料,诸如纳米管、纳米线、纳米棒、纳米带和纳米线阵列等,为进一步研究纳米结构和一维纳米材料的性能奠定了基础。二氧化硅(sio)是地球上存在较丰富的物质之一。所以,二氧化硅是众多矿石和宝石的重要组成部分,它或者以纯粹的二氧化硅形式,或者以相关氧化物混合的形式存在。纳米二氧化硅是一种重要的纳米材料,是一种无定性白色粉末,无毒、无味、无污染的无机非金属材料。sio纳米材料在各领域得到了广泛应用,同时,sio是玻璃、催化剂和以硅为主的微电子器件和光纤的重要组成部分。近年来,在科学界得到充分重视逐渐成为一种重要的一维纳米材料。sio纳米管或纳米线可通过多种方法合成,如激光烧蚀、溶胶凝胶、化学气相沉积法(CVD)、气-液-固法(VLS)等。本文运用密度泛函理论中的B3LYP方法在6-31G(d)基组水平上对几种不同构型的sio纳米线进行振动光谱分析,研究工作主要包括以下几个方面: (一)极性基团对一维二氧化硅纳米线光谱的影响运用密度泛函理论计算了无水合和水合二氧化硅单、双链结构以及环状链结构的拉曼光谱。从中选取了径向呼吸和对称伸缩两种特殊的振动模式,通过分析了两种振动模式的拉曼频率、退偏比以及极化率来说明羟基基团的影响;并且我们利用简单的谐振子模型及和弹簧串并联理论解释了频移现象。另外,由于加羟基后结构的对称性降低,而且使得电荷密度重新分布。在小尺寸时,羟基对其的影响在拉曼频率和退偏比方面表现得尤为明显。同时通过对单、双链结构拉曼光谱中极化率的分析,发现由于极性基团的趋向不同,极性基团的影响也得到充分体现。 (二)二氧化硅纳米线中振动模式的奇偶振荡运用密度泛函理论,在6-31G(d)基组水平上,计算了(sio)和(sio)OH准一维链状纳米线的振动光谱。结果发现,在红外和拉曼光谱中振动频率和强度随着二氧化硅纳米线单元个数的奇偶变化,表现出奇偶振荡现象。团簇两端极性基团取向的影响,使不同振动模式的奇偶振荡强弱有所差异,进一步从极化率说明了羟基对准一维(sio)纳米线奇偶性变化所起的作用。 (三)二氧化硅纳米结构径向呼吸振动的理论研究运用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31G(d)基组水平上,计算了由sio二元环组成的准一维sio纳米链和三元环(3MR)、四元环(4MR)、六元环(6MR)和八元环(8MR)组成的sio纳米管的Raman振动光谱。从Raman光谱发现纳米链和纳米管的径向呼吸振动频率随链或管长的增加而频率移动相反,即分别发生红移和蓝移,但随着链和管趋于无限长频率趋近稳定值;同时,随着直径的增大,振动频率减小。在小尺寸时,由于结构内部的应力影响使频率移动更明显。进一步从键长和键角分析说明,结构应力的作用致使频率随尺寸发生移动。

关键词：密度泛函理论 sio2纳米材料奇偶振荡红外光谱拉曼光谱

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功能性纳米二氧化硅材料的制备与性质研究

功能性纳米二氧化硅材料的制备与性质研究

作者：陈辉山东大学

学位级别：硕士

我国是个农业大国,近几年小麦产量都超过2亿吨,居世界首位,同时每年也产生大量的小麦秸杆等废料。其可用于造纸业、燃料发电、发酵制沼气,供生产墙体材料等。在中国北方的农村植物秸秆过去大部分被农民用来取暖、煮饭等日常生活,随着农... 详细信息

我国是个农业大国,近几年小麦产量都超过2亿吨,居世界首位,同时每年也产生大量的小麦秸杆等废料。其可用于造纸业、燃料发电、发酵制沼气,供生产墙体材料等。在中国北方的农村植物秸秆过去大部分被农民用来取暖、煮饭等日常生活,随着农村生活水平的提高,天然气等新能源的介入,农村中更多的体现将秸秆在田间直接煅烧,此种过程造成严重的大气污染。尽管有少数集中煅烧(如发电厂的建立),产生大量的灰分也越来越受到关注。小麦秸杆煅烧过后的灰分中含有大量的非晶态二氧化硅,如何利用此硅源进行介孔、纳米材料的合成是本文研究的出发点。禾本科植物中含有较多的硅,小麦植株就是此类禾本科植物的典型代表。植硅体是沉积于这些高等植物体内(细胞腔内部或细胞间的间隙)的含水非晶态二氧化硅。本文重点研究了小麦(茎秆、叶片、壳)中的植硅体的形态,总结了小麦中植硅体的多种常见形态,如椭圆形、帽形、圆形、长圆形、矩形、多刺棒形、三角形、圆盘形等,以及其它少量存在的不规则形态;并详细描述了各种植硅体的大小和形态特征以及在小麦植株中各个部位的分布情况;尤其值得一提的是,发现了已有文献中极少提到的圆盘形植硅体,并做了详尽的描述。论文中比较了干化法、湿化法、菌解法等方法对提取小麦秸杆中植硅体结构的影响,发现干化法和湿化法对纤维素、半纤维素、木质素等有机物质去除得较为彻底,得到了清晰地微米尺寸的植硅体;圆形和长圆形植硅体在小麦秸杆的表皮细胞中极为常见,形状特征明显均一;并分析了小麦植株中硅的来源与反应状况。通过对植硅体的元素分析、显微镜照片等实验手段,推测植硅体为天然形成的核壳结构,其内核为有机物质。本文以小麦秸杆中提取出的植硅体为原料,经过强酸处理并于高温下煅烧的方法制备出了纳米尺寸的二氧化硅材料。对样品分别进行了光学显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、红外光谱、X射线衍射、电子能谱、氮气吸附脱附等测试。发现经硝酸处理并于400℃煅烧2h的反应条件为最佳,得到了粒径300nm的硅球,硅球大小均一,分散性较好。还发现硝酸比盐酸和硫酸的处理效果要好;煅烧温度越高,得到的sio2颗粒形状越不规则,粘连越严重,分散性越差。介孔材料的制备多以表面活性剂的自组装体系为模板,通过液晶模板机理或协同作用机理来反应制备完成的。在催化剂、催化剂载体、色谱填充材料、吸附与分离技术、主客体化学、材料合成模板等领域具有广泛的应用前景。本文以小麦秸杆的无机灰分为硅源,采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂合成了质量极高的高纯高比表面的介孔二氧化硅材料。并且利用红外光谱、X射线衍射、氮气吸附一脱附、高分辨透射电镜、扫描电子显微镜等技术对合成材料进行了表征。结果显示1.0 sio2:1.1 NaOH:0.27 CTAB:110 H2O为最佳反应配比,120℃水热处理为最佳反应条件,合成的样品孔径在2.2-4 nm之间,其范围为典型的MCM-41介孔材料范围内。其中,BET比表面积高达1312 m2／g。本文的意义在于总结了济南地区小麦秸杆中植硅体的形态以及分类情况,为考古学和植物学提供了一定的信息;以小麦秸杆为原料制备了纳米二氧化硅材料,开辟了合成二氧化硅材料的绿色新途径;并打破了传统的以TEOS为硅源的合成方法,以廉价环保的小麦秸杆为硅源,在表面活性剂为模板的参与下成功制备了高质量高比表面的MCM-41介孔材料。小麦秸杆原材料丰富且成本低廉,实现了变废为宝,农业大宗废料的资源化利用,具有积极的社会意义和经济效益,为制备二氧化硅材料提供了一条新思路。

关键词：小麦秸杆植硅体形态核壳结构 sio2纳米材料介孔材料

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一维二氧化硅纳米材料紫外吸收光谱理论研究

价值工程 2011年第6期30卷 88-89页

作者：许莹徐灿中国民航大学基础实验中心天津300300 兰州大学物理科学与技术学院兰州730000

运用含时密度泛函B3LYP方法6-31G(d)基组水平上,计算了二氧化硅一维纳米材料单链(1NL)、双链(2NL)以及含羟基单链(1NLW)、双链(2NLW)与尺寸相关的电子吸收光谱,并从电子结构和态密度角度对其进行分析。无羟基结构的紫外吸收光谱较强峰... 详细信息

运用含时密度泛函B3LYP方法6-31G(d)基组水平上,计算了二氧化硅一维纳米材料单链(1NL)、双链(2NL)以及含羟基单链(1NLW)、双链(2NLW)与尺寸相关的电子吸收光谱,并从电子结构和态密度角度对其进行分析。无羟基结构的紫外吸收光谱较强峰的频率随尺寸减小红移,含羟基结构随尺寸减小明显蓝移。分析表明羟基上的H与Si相互作用使分子未占据轨道能量明显升高,造成结构吸收光谱随尺寸变小蓝移,羟基的加成可以改变二氧化硅纳米结构的光学性质。紫外吸收光谱研究以及对羟基作用的确定对sio2纳米材料的深入研究具有指导意义。

关键词： sio2纳米材料紫外吸收光谱羟基含时密度泛函