纳米化学分析大全11篇

纳米化学分析篇（1）

    称取一定量硝酸银溶于去离子水中,配成硝酸银溶液,另外称取一定量乙二胺四乙酸与氢氧化钠溶于去离子水中,配成乙二胺四乙酸的氢氧化钠溶液,以某一恒定的转速搅拌该溶液,均匀加入硝酸银溶液,配成Ag-EDTA络合溶液。称取一定量连二亚硫酸钠与少量氢氧化钠溶于去离子水中,配成碱性连二亚硫酸钠还原溶液,转移至梨形分液漏斗中。控制恒温水浴磁力搅拌器温度开关,保持Ag-EDTA络合溶液温度恒定,并保持一定转速搅拌该溶液,打开梨形分液漏斗阀门,控制还原剂溶液以一定的速度滴入Ag-EDTA络合溶液中;还原剂溶液滴加完毕后,再搅拌反应溶液5min,然后采用离心机离心、固液分离。银粉用去离子水洗涤3次后在真空干燥箱中于45℃下干燥12h;干燥后得到的银粉送X射线衍射、扫描电镜分析。试验药剂硝酸银、连二亚硫酸钠、乙二胺四乙酸、氢氧化钠均为分析纯。X射线衍射采用日本RIGAKU公司D/MAX-RB型X射线衍射仪;扫描电镜分析采用日本日立公司S-4800型场发射扫描电子显微镜。

    2结果与讨论

    连二亚硫酸钠与硝酸银的反应摩尔比为1∶2。为了提高反应的转化率,试验采用连二亚硫酸钠过量的形式,实际连二亚硫酸钠用量为理论用量的1.5倍。初步试验发现,在AgNO3浓度为0.01mol/L,连二亚硫酸钠浓度为0.005mol/L,温度为20℃,搅拌器转速为300r/min,自然pH值条件下,向AgNO3溶液中以0.12mL/s的速度滴加连二亚硫酸钠,制得银粉平均粒径在250nm左右,且粒径分布不均匀。为了制备粒径更小的银粉,将AgNO3用EDTA溶液络合,替代AgNO3溶液。经过试验探索,在AgNO3与EDTA摩尔比为1∶1,Ag-EDTA络合溶液浓度为0.01mol/L,pH值为11左右,还原剂量为1.5倍理论用量,搅拌器转速为400r/min,反应温度为20℃,还原剂滴加速度为0.12mL/s的条件下制得银粉的粒径为100nm左右,且其均匀性较好,在此基础上进行条件试验,考察络合剂用量、Ag-EDTA浓度、pH值、还原剂浓度、反应温度、搅拌速度、还原剂溶液滴加速度对所制得银粉粒径的影响。

    2.1络合剂用量对银粉粒径的影响在AgNO3溶液浓度为0.01mol/L,pH=11,还原剂量为1.5倍理论用量,搅拌器转速为400r/min,反应温度为20℃,还原剂滴加速度为0.12mL/s的条件下,络合溶液用量对银粉粒径的影响见图1(图中,D50表示样品累积粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径,也叫中值粒径,常用来表示粉体的平均粒度;D90表示样品累积粒度分布百分数达到90%时所对应的粒径,余图同)。随着络合剂EDTA用量增加,银粉粒径明显减小,在EDTA与硝酸银摩尔比为1.1∶1之后,银粉粒径随EDTA加入量的增加而减小的趋势减缓。Ag+与EDTA在溶液中形成结构稳定的螯合物,降低了Ag+的反应活性及Ag+的氧化还原电位,增大了还原反应的难度,因此能够得到粒径较小的银晶体颗粒。EDTA用量过量10%保证Ag+被完全螯合,继续增加EDTA的量对银粉粒径的影响不大。

    2.2Ag-EDTA浓度对银粉粒径的影响在上述试验基础上,其它条件不变,保持EDTA过量10%,考察Ag-EDTA络合体系浓度对银粉粒径的影响(见图2),可以看出,随着Ag-EDTA络合溶液浓度的降低,银粉粒径逐渐减小,在银离子浓度为0.005mol/L时,银粉粒径达到最小,平均粒径为60nm左右,并且粒度分布均匀。继续降低Ag-EDTA浓度,银粉粒径略有上升。

    2.3pH值对银粉粒径的影响保持Ag-EDTA络合溶液浓度为0.005mol/L,EDTA过量10%,其它条件不变,Ag-EDTA络合溶液的pH值对银粉粒径的影响见图3。随着络合溶液pH值升高,银粉粒径逐渐减小,当pH值为11.5时,银粉粒度达到最小,随后银粉粒径减小趋势减缓,变化不大。pH值影响还原剂连二亚硫酸钠的还原能力和络合剂EDTA的络合能力。络合剂EDTA适宜的pH值范围为10以上,pH过低,EDTA解离不完全,络合能力降低;pH过高,则Ag+与OH-结合生成氢氧化银,并迅速转化为黑色的氧化银析出溶液,还原反应难以继续进行。

    2.4还原剂浓度对银粉粒径的影响Ag-EDTA络合溶液浓度为0.005mol/L,EDTA过量10%,pH值为11.5的条件下,其它条件不变,还原剂浓度对银粉粒径的影响示于图4。随还原剂浓度的降低,银粉粒径逐渐减小,还原剂浓度为0.0075mol/L时,银粉粒径达到最小;继续降低还原剂浓度,银粉粒径变化不大。本试验采用向银溶液中滴入还原剂溶液的方法,降低滴加的还原剂溶液的浓度,单位时间内加入的还原剂量减少,反应速度慢,银晶核生成粒度小且经搅拌很快分散到溶液中,有利于制备小颗粒银粉。

    2.5搅拌速度对银粉粒径的影响Ag-EDTA络合溶液浓度为0.005mol/L,EDTA过量10%,pH值为11.5,还原剂浓度为0.0075mol/L,其它条件不变,搅拌速度对银粉粒径的影响见图5。可以看出,加大搅拌速度可以明显减小反应制得的银粉粒度,在搅拌速度为400r/min时,银粉粒径最低,继续加强磁力搅拌器的搅拌速度,银粉粒度变化不大。

    2.6反应温度对银粉粒径的影响Ag-EDTA络合溶液浓度为0.005mol/L,EDTA过量10%,pH值为11.5,还原剂浓度为0.0075mol/L,搅拌转速为400r/min,其它条件不变,反应温度对银粉粒径的影响示于图6。随着反应温度升高,银粉粒径有减小的趋势,在温度50℃时达到最低,继续升高反应温度银粉粒径减小的趋势减缓。由阿累尼乌斯定律可知,提高反应体系的温度可以加快反应进行的速度,温度每升高10℃,化学反应速率增加2~3倍。提高反应温度,还原反应加快,银的成核反应速率增加,在银离子浓度及扩散有限的条件下,银晶核的生成占主导地位,获得的银粉粒径减小。

纳米化学分析篇（2）

纳米碳酸钙是上世纪八十年展起来的新型固体材料，选料为非金属矿石灰石，采用沉淀法合成纳米粉末体的技术来制备纳米材料。随着纳米技术的快速发展，碳酸钙逐步实现了表面改性、结构复杂化以及超细化的发展，应用价值越来越高，在熔点、催化剂、光热组和磁性等方面的优越性日益增强。可以说，纳米碳酸钙产品的应用空间与发展潜力将会越来越大。

一、纳米碳酸钙的化学制备方法

（一）凝胶法

凝胶法主要是以凝胶的一端或两端为依据，让Ca2+和CO32-加以扩散，这样凝胶内部可以生成结晶核，在其位置不变的前提下，能够对晶核的生长与生成进行连续观察，适应于晶体过程的研究。当然对不同的条件加以控制，如添加剂的浓度与种类、pH值、Ca2+和CO32-的浓度、凝胶浓度等，可以得到球霞石型或文石型的碳酸钙。

（二）乳液法

乳液法可以划分为乳状液膜法与微乳液法，其中利用前者来制备纳米CaCO3时，膜溶剂需选用煤油，让司本-80（Span-80）座位流动载体与表面活性剂，这样可以配成水相与油相不相溶的液体混合物，利用电动搅拌器加以搅拌后，这时油相中会分散有微液滴形式Na2CO3水溶液，形成乳液后与Ca（OH）2溶液进行混合搅拌，Ca2+会进入微液滴加以反应，从而生成CaCO3超细颗粒。后者则是在两份完全相同的微乳液中溶入可溶性钙盐与可溶性碳酸盐，在特定情况下混合反应之后，需要对小区域内的晶粒生长与成核进行控制，然后将溶剂与晶粒进行分离，从而得到纳米碳酸钙的颗粒。一般来说，微乳液是由水、油、助表面活性剂、表面活性剂组成的热力学稳定体系。

（三）复分解法

复分解法主要是在一定的工艺情况下，将水溶性碳酸盐与水溶性钙盐进行固-液相反应，制备出纳米碳酸钙产品，以此控制生成碳酸钙的过饱和度以及反应物的温度与浓度，适当加热添加剂则能够获得无定性碳酸钙。如利用此方法制备纳米碳酸钙时，选用碳酸铵与氯化钙作为原料，其化学反应式为：（NH4）2CO3+CaCl2=2NH4Cl+CaCO3，这样可以制备出高白度与高纯度的纳米碳酸钙产品。但是由于碳酸钙中氯离子无法除尽吸附，而在实际生产中采用的倾析法需消耗大量洗涤用水与时间，因此使用范围狭小。

（四）碳化法

采用碳化法碇票改擅滋妓岣剖保需要精心选择石灰石，并对其加以煅烧来获得窑气与氧气；然后消化氧化钙来生成悬浮氢氧化钙，利用高剪切力作用对其进行粉碎，借助多级旋液来分离与去除杂质及颗粒，获得精制氢氧化钙悬浮液；适当加入晶型控制剂与CO2气体，得到晶型碳酸钙浆液，在此基础上通过表面处理、干燥与脱水等手段获取纳米碳酸钙。该方法可分为连续喷雾碳化法与间歇搅拌式碳化法，前者制备的纳米碳酸钙产品具有粒度均匀和细小等特点，平均粒径多为30nm～40nm，微粒晶型可调控，投资与能耗相对较小，产品质量稳定，生产能力大。而后者的搅拌气液具有较大的接触面积，因此产品的粒径分布较为狭窄，反应相对均匀，但是其需要较大的设备投资，操作十分复杂。总而言之，碳化法制备的纳米碳酸钙产品高，具有良好的性价比，在国内外的工业生产中应用较为广泛。

二、纳米碳酸钙的应用

对于纳米碳酸钙而言，其作为一种优质的填料，具有粒子形状可控、成本低、化学性质稳定、易于着色和色白质纯等优势，在橡胶和涂料等工业生产中得到了广泛的应用。首先，涂料工业。纳米碳酸钙多用于水性涂料，以此提高其光泽度、硬度和柔韧性，能够有效防止沉降情况的发生；同时借助其存在的“蓝移”现象，在胶乳中适当添加纳米碳酸钙，可以使涂料形成屏蔽作用，达到防热老化和抗紫外老化的目的。其次，塑料工业。在塑料中应用纳米碳酸钙时，可以改进塑料的散光性与加工性能，提高耐热性与塑料尺寸的刚性、硬度、稳定性，减少产品的成本，促进塑料体积的增加。由于纳米碳酸钙具有较小的粒径，可以在塑料的空隙与气泡中适当填充纳米碳酸钙，确保塑料的均匀性。在聚乙烯中添加纳米碳酸钙，可以在一定程度上增加韧性，因此其在聚丙烯和聚氯乙烯塑料等聚合物中的应用较广。最后，橡胶工业。橡胶中应用纳米碳酸钙，不仅可以具备良好的空间立体结构与分散特性，促进材料补强作用的提升，还可以降低橡胶原料的使用，减少成本，增加制品的体积；同时将其与陶土等填料相互配合使用，能够提高制品的抗张强度与伸性，增强产品质量。硬脂酸及其盐类在增加钙离子与橡胶的表面湿润度、纳米碳酸钙的表面改性等方面发挥着重要的作用。

三、结束语

纳米碳酸钙作为一种新的固体材料，具有优异的性能，将其应用于涂料、塑料和橡胶等领域，将会为工业化生产带来更大的经济效益与生产价值，具有良好的发展前途。随着社会的发展与科技的进步，对纳米碳酸钙功能化与专用化的要求越来越高，需要完善各种制备方法，采用低廉高效的制备方法，制备高品质与高纯度的纳米碳酸钙产品，以此满足不同制品的需求。我们相信，在纳米碳酸钙结晶过程研究不断深入以及制备手段进步的背景下，将会形成完善的结晶理论，实现结合需求来人为设计纳米碳酸钙微观结构的目的。

参考文献：

[1]陈志军，张秋云，坝德伟，马培华.纳米碳酸钙的研究进展[J].广州化工，2010（10）：20-22.

纳米化学分析篇（3）

一、碳纳米管修饰电极

1. 化学修饰电极的制备与分类

化学修饰电极的制备是化学修饰电极的关键问题，制备过程中关于修饰方法、过程步骤、制备的优劣都对化学修饰电极有着重要的影响。我们按照化学修饰电极上面固定材料的类型可以将其分为单分子层、多分子层以及组合型等三大类. [1]其中多分子层以聚合物薄膜为主。电极表面的修饰方法按照修饰类型的不同可以分为共价键合法、吸附法和聚合法三类。但是通常情况下我们不会使用单一的方法，而是这几种方法组合使用完成对化学电极的修饰过程。大体的分类如图1所示：

图1 化学修饰电极的制备和分类

（1）共价键合型

我们实际生活中经常用到的固体电极如金属、金属氧化物以及石墨等等，表面存在着多种含氧基。我们可以对其进行氧化还原处理增加含氧基的数目，让其与修饰化合物进行共价键合反应，把特定的功能基团留在电极的表面上。共价键合法的修饰物固定比较牢靠，但是修饰过程复杂，并且修饰效果不高。

（2）吸附型

吸附法最常见的应用是单分子层修饰电极的制备，有时也用于制备多分子层修饰电极。

（3）聚合物型

聚合物型是利用一些聚合方法方法在电极表面形成修饰膜。其中电化学聚合方法是很重要的薄膜合成法方法之一，它主要是利用氧化或者还原反应在电极上产生自由基，然后再经过缩聚反应制备该薄膜。聚合物方法形成的薄膜稳定，厚度均匀并且可控。因此在薄膜制备中得到了广泛的应用。

2. 碳纳米管修饰电极类型

纳米材料表面覆盖着的是一层非晶层，该层没有短程序和长程序。由于原子的周围原子很少，产生了许多悬空键表现出极大地极性。具有相当高的催化效率，因此其是一种很好的修饰材料，并且具有极大的潜力。现如今关于碳纳米管修饰材料的研究很热门。

鉴于碳纳米管的良好的电子特性，其进行化学反应时能很好地促进电子的迁移。关于单壁和多壁的纳米管都可以用来修饰电极和制备电极。其主要分为以下四种类型：

（1） 碳纳米管糊电极

Britto 在1996年将碳纳米管调匀后导入到玻璃管中，并用导线引出，制备出来了碳糊电极。这是碳纳米管在点分析中的最早应用，随后牛津大学、清华大学等也相继制备出了各种糊电极应用于各个领域。[2]但是上述几种纳米管普遍存在着重复性较差、寿命较短等，虽然制备过程较为简单，但是应用受到限制。因此，人们开始便致力于应用更广泛的碳纳米管薄膜修饰。

（2）碳纳米管薄膜修饰电极

碳纳米管有着诸多上述优良特性，但是其的不溶性大大限制了其在碳纳米管薄膜修饰电极方面的应用。碳纳米管的不溶性表现为其几乎不溶于所有溶剂。我们在制备前需要将其进行超声分散得到悬浮体系。根据所用分散剂的不同我们分为以下几个体系：碳纳米管-有机溶剂分散体系、碳纳米管-硫酸分散体系和碳纳米管-表面活性剂分散体系。

二、碳纳米管修饰电极在环境分析中的应用

1.碳纳米管修饰电极测定环境中的重金属阳离子

环境中的重金属阳离子Pb2+、Cd2+、Hg2+等是重金属污染物，严重危害着人们的健康发育，因此对其检测是至关重要的。利用纳米管―石墨糊电极对水体进行测定，性能稳定，使用寿命长，是一种较好的选择。

2. 碳纳米管修饰电极测定环境中的阴离子及其化合物

存在于工业废水以及食物中的亚硝酸根离子对人来有致癌的危险，研究其相关测定方法具有重大意义。人们借助一种对NO2-具有高灵敏度高选择性的壳聚糖-碳纳米管修饰电极可直接富集和测定水样中的NO2-，检测效果较好。

3.碳纳米管修饰电极测定环境中有机污染物

为了测定水环境中的苯酚含量，我们采用多壁纳米管修饰电极对其进行测定。该修饰电极具有较强的吸附特性，苯酚存在着较强的富集效率。使得苯酚在修饰电极上的氧化峰电流显著增加进行测定。

三、展望

碳纳米管修饰电极是一类新兴的电极，在环境分析中有广阔的应用前景。如能进一步研究碳纳米管的分散剂，使碳管和分散剂的作用结合起来，利用吸附和键合作用于待测物质以提高对其测定的灵敏度，必将使碳纳米管修饰电极的应用产生一个新的飞跃。

参考文献：

纳米化学分析篇（4）

中图分类号：N39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0001-01

为了更好地开展“纳米科技”兴趣小组，将兴趣小组分成以下几个部分来实施：纳米材料的基本知识及制备方法，染料敏化纳米薄膜太阳电池，纳米科技在光催化、光吸收等方面的应用。

1 纳米材料的基本知识及制备方法

“纳米科技”兴趣小组刚开展时，指导学生查阅文献的方法，为小组成员提指导学生制作太阳电池，首先制作纳米二氧化钛，有很多参数会影响到纳米供相关科技书籍，指导学生掌握相关知识：纳米概念、纳米微粒结构、纳米材料的物理化学性质、纳米材料的制备方法等，启发学生主动学习科学知识，激发学生对纳米科技的兴趣。

针对小组成员是大一新生，理论知识和实验技能相对不足，利用课余时间指导小组成员学习理论知识和常规的实验技能，指导小组成员做一些简单的材料制备实验，熟悉紫外-可见分光光度（UV-Vis）、pH计等分析仪器。给小组成员布置学习任务，按期提交学习心得，督促小组成员尽快掌握基本的理论知识和实验技能。给学生做演示实验，指导实验的关键点。通过言传身教，让学生懂得科学的严谨性，养成多动脑筋、勤观察现象、善于分析的好习惯。指导学生掌握如何设计实验方案，如何记录实验现象，如何进行实验分析和数据处理。组织小组成员进行讨论交流，提高学生独立思考、分析理解能力、动手操作和自主创新的能力；增强学生的综合能力，促进学生素质的全面发展。

在兴趣小组的实施过程中，小组成员通过查阅资料、文献检索、听讲座、看演示实验、动手做实验、讨论交流等方式了解纳米科技，熟悉纳米材料的基础知识，纳米材料的制备方法：共沉淀法、水解法、溶胶-凝胶法和微乳液法等，能动手制备一些纳米材料，如：纳米二氧化钛、纳米二氧化硅等。

随着小组成员理论知识和实验技能的提高，指导学生掌握实验方案及注意事项，让学生动手做一些实验。指导学生利用实验数据分析实验结果，比较各个工艺路线的优劣，讨论如何设计下一步的实验方案。指导学生记录实验过程，实验现象，以及一些困惑和思考。学生在做科学研究时，兴趣更大，操作更加细致认真。先后做的实验有：纳米二氧化钛的制备，并用紫外-可见分光光度分析纳米二氧化钛的的光化学性质；制备掺杂型纳米二氧化钛材料，纳米二氧化钛和二氧化硅复合材料的制备。纳米TiO2颗粒容易团聚形成较大的聚集体，对纳米TiO2进行表面改性以避免其团聚现象。纳米TiO2颗粒的晶型、颗粒大小对光催化性能起着决定性的作用，分析影响光催化剂晶型、粒径的因素，控制纳米TiO2的晶型和粒径。

2 染料敏化纳米薄膜太阳电池

给学生介绍染料敏化纳米薄膜太阳电池（DSC），DSC具有廉价的原材料和简单的制作工艺以及稳定的性能等优势。DSC采用有机染料来敏化纳米多孔TiO2半导体，由于有机染料分子设计合成的灵活性和纳米半导体技术的迅猛发展，DSC在技术发展和性能提高上有很大的潜力。

TiO2的形态（粒径、颗粒形状、孔隙和比表面积等），还有pH值及反应温度和时间等。在第一阶段已经做过纳米二氧化钛，然后合成染料敏化剂联吡啶钌，染料敏化剂在太阳电池中的作用是极其重要的，它具有很宽的光谱吸收范围和良好的稳定性，能有效地捕获太阳光，并通过染料分子的吸附功能基团与纳米TiO2薄膜表面形成化学键，使染料能够有效地敏化纳米TiO2薄膜电极。将合成的染料溶于乙醇中，配制成染料溶液。第三步配制电解质。第四步，准备好导电玻璃，将二氧化钛薄膜印刷到导电玻璃上，然后浸泡到染料溶液中，在反电极的玻璃上镀上一层铂。最后将两片导电玻璃固定好，注入电解质，密封好就得到太阳电池了。学生亲自动手制作电池，兴趣很大，动手能力也得到很好的锻炼。

3 纳米科技在光催化、光吸收等方面的应用

指导小组成员学习纳米材料在光催化、光吸收、生物、医药、磁性材料及传感器等方面的应用；指导小组成员分析纳米二氧化钛的应用研究，如在水处理、气体净化、抗菌保洁等方面的应用；指导小组成员学习工业废水的常规处理方法，以及催化剂的性质和应用；指导学生将所学知识运用到实践中，将金属离子掺杂纳米二氧化钛光催化剂应用到光催化降解工业废水中。

采用溶胶-凝胶法制备共掺杂锌、银的纳米TiO2光催化剂，提高纳米TiO2的光催化效率。考察掺杂量、催化剂加入量等对光催化性能的影响。在处理制浆造纸工业、农药制造、印染、化工等多种工业排放废水方面显示出良好的应用前景。这种光催化技术对解决环境污染，治理环境有重要的意义，特别是在全球环境恶化，病毒性传染病时有发生的今天，加强光催化降解有机污染物技术更为重要。以甲基橙染料废水的光催化降解为例，分析锌、银共掺杂纳米TiO2光催化剂的降解效率。分析影响甲基橙染料废水的光催化降解的因素：光照强度、反应时间、催化剂用量、pH值、有机废水浓度等。

4 结语

通过“纳米科技”兴趣小组的开展，小组成员对科学研究产生了很大的兴趣，学到了很多有用的科技知识和实验技能，掌握了科研的一些基本方法和技能，能进行文献的检索，实验方案的选择等，能用紫外-可见分光光度（UV-Vis）对纳米光催化剂的光化学性质进行分析，能比较各个工艺路线的优劣，讨论如何设计下一步的实验方案。“纳米科技”兴趣小组的开展大大提高了小组成员对专业课的学习兴趣，为今后走向工作岗位奠定了一定的理论知识和实验操作技能。

通过“纳米科技”兴趣小组的开展，小组成员能制备出纳米二氧化钛、共掺杂锌、银纳米TiO2光催化剂等纳米材料。这种新型光催化剂是造纸、农药、印染、化工等多种企业所需要的，为企业解决工业废水的治理问题。

参考文献

纳米化学分析篇（5）

1 激光烧蚀法制备银纳米粒

常规制备纳米粒子的方法主要包括：化学还原方法、电化学还原法、光还原法、金属蒸汽沉积法、磁控溅射法、微波还原法和激光烧蚀法等等。下面针对激光烧蚀法制备银纳米粒子进行简单介绍：这种方法是通过具有高功率密度的激光器对固体靶材表面进行照射，产生高温高压等离子体，根据等离子体的特性可知，其内部具有大量的电子、原子、离子、团簇等复杂结构。

通过改变温度，压强和其他制备环境，可以控制等离子体形成的各种离子团簇，形成具有纳米尺寸的粒子。与传统方法相比，该方法可以获得更高纯度的纳米级别的溶胶，同时还能够在表面形成具有纳米级别的烧蚀坑的靶的形状。该方法的优势在于其对制备环境要求较低，制备的银纳米粒子均匀性好，一般以球状形式存在。

2 银纳米粒子的特性分析

对于制备后的银纳米颗粒的特性研究只要是通过光谱法进行特性分析的，通常采用以下几种光谱分析的方法：（1）紫外-可见吸收光谱法；（2）X射线衍射法；（3）电子显微镜。

由于金属纳米粒子对各个波段的光具有不同的吸收的特点，通常对其进行特性的物理或者化学性质进行定量分析，判断物质结构和化学组成。不同的金属纳米粒子由于表面的形状的不同，导致其表面等离子体共振吸收峰所对应的形态不同，另外由于尺寸上的差异其吸收峰的半高宽也不同，这样我们可以通过吸收峰的三大特性-位置、半高宽和峰值强度表征纳米粒子的情况。若吸收峰当前的位置发生红移，证明纳米粒子颗粒变大，若其半高宽变宽，证明粒子尺寸分布越来越广泛，若峰值强度变大，表明粒子数浓度增大。对于金属纳米粒子Au和Ag纳米颗粒及其外层纳米可层的光学特性的研究，紫外可见光吸收光谱法成为了研究其最简单、方便的方法之一。该方法充分利用了金属纳米粒子在紫外可见光波段具有吸收带的特性，该特性是金属颗粒表面等离子体共振激发导致的。

银纳米粒子的光学性质，当入射波长远大于金属粒子的大小时候，在外部电场的作用下，其内部的粒子内的电子云产生振荡，若电场频率与内部电子云频率一致会发生共振现象，该现象统称为表面等立体共振（SPR）。

银纳米粒子由于它的尺寸效应，使得其表面积能够尽可能的与微生物的表面进行接触的概率增加，相较于传统银系抗菌材料相比，其抗菌特性十分显著。

银纳米粒子也具有催化性质，主要是由于在半导体粒子表面沉积的过量贵金属成为光生电子和空穴的复合中心，而不再是光生电子的捕获陷阱。

3 金属纳米粒子催化，磁性，生物学等方面的应用

由于纳米金属颗粒具有的表面面积大、小尺寸、量子尺寸和宏观隧道效应等特殊的性质，使其在催化、磁、生物医学等方面获得了常规材料无法具备的特殊的优异性质。

催化应用方面：由于纳米粒子的尺寸小，表面接触面积大，表面的键态和电子态与粒子内部不同，表面原子配位不足等导致表面的活性位置增多，吸附能力强，这样的特性使得他具备了催化剂的最基本的条件。

磁性应用方面：实验研究表明，纳米磁性颗粒具有无毒无害、容易奋力的特性，同时由于尺寸和形状的差异，金属纳米粒子具有着不同的磁学特性，纳米级别的磁性材料相较于常规材料磁性会高出很多倍，在磁性材料方面应用前景广阔。

生物医学应用：在医学应用中的治疗方面，由于纳米化的药物的特殊形态，使得他把病变组织与药物的接触面积大大增加，这样可以大大增加药效。同时纳米化的药物可以通过人体中的最小的末梢毛细血管，血脑屏障，使得药物具有很强的靶向性，能够最大限度的对疾病进行定点治疗。

4 结束语

文章通过探讨激光烧蚀银等离子体特性分析，介绍了激光法制备银等离子体纳米粒子的方法，通过对生成的银钠纳米粒子进行分析，进一步深化了银纳米粒子的应用前景。通过对金属纳米粒子催化，磁性，生物学等方面的应用的介绍，使人们对于激光烧蚀银等离子技术的应用有了基本的宏观认识。

参考文献

[1]张志馄，崔作林.纳米技术与纳米材料[M].北京：国防工业出版社，2000，10-30.

纳米化学分析篇（6）

前言

在林林总总的材料家庭成员中，纳米复合材料已是其中一位新成员。传统材料缺乏系统的理论支撑，纳米复合材料也需要新理论来加以完善及补充。纳米复合材料在这些新理论、新机理基础上将发展得更完善，并向多元化及功能化方向发展。纳米ZnO是一种具有特异性能且用途广泛的特殊材料，因此材质原因决定其超细的外型。世界各国都加大财务物力加以开发研制，这也是我国“863计划”中的一个重点课题。用它可以生产各种用于特殊环境的材料，如抗菌包装材料和抗菌塑料复合母料，可获得可观的经济效益。从纳米ZnO的用途及性能，人们看到了其广阔的经济利润及市场。我国广阔的土地上富含Zn资源，这对纳米ZnO的开发利用有很利。纳米ZnO粒子表面极性较高，表面没经过处理的纳米ZnO的表面能比处理过的高出很多且很容易团聚，但与聚合物几乎不相容，因此，实现纳米ZnO粒子的超细微分散是得到性能优异的纳米复合材料的关键。表面处理即表面修饰，如此可以降低纳米材料的表面极性，提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力，扩大纳米材料的应用范围。目前，利用化学方式在纳米表面添加适当覆盖层材料、改变纳米表面形貌使其表面钝化是纳米ZnO表面修饰的主要方法。

1 制备方法

1.1 反应机理

以七水合硫酸锌为锌源，以尿素为均相沉淀剂，采用均相沉淀法在微波辐射条件下制备纳米ZnO，反应机理为：

90℃时尿素发生分解：

CO（NH2）2+3H2O2NH4OH

3Zn2++4OH-+H2OZnCO3・2Zn（OH）2・H2O

450℃焙烧时：

ZnCO3・2Zn（OH）2・H2O3ZnO+CO2+2H2O

1.2 测试仪器、试剂及装置

微波炉（格兰仕）；磁力真空泵（上海西山泵业有限公司）；液体流量计（苏州流量计厂）；876-1型真空干燥器（上海浦东跃欣科学仪器厂）；721分光光度计（上海第三分析仪器厂）；循环水式多用真空泵（郑州市华科仪器厂）。

用日本日立公司的S-570 扫描电子显微镜和H-600 透射电子显微镜分析纳米颗粒的形态和尺寸；用美国Nicolet 公司的FT-IR Avatar 360 红外光谱仪分析纳米颗粒的化学组成；用美国Perkin-Elmer 公司的DeltaSeries 7 热分析系统分析中间产物。ZnSO4・7H2O，AR（上海金山区兴塔美兴化工厂）；尿素，AR（中国医药集团上海化学试剂公司）。

1.3 制备过程

实验过程分四个步骤：（1）准备好一定量的蒸馏水，将事先称取好的适量硫酸锌、尿素分别加入蒸馏水中，将以上蒸馏水倒入三颈烧瓶中使之充分混合后放入微波反应器中；（2）接温度计和冷凝管，不断搅拌三颈烧瓶中的混合物，使之升温，在升温过程中尿素逐渐分析，溶液变浑浊，随之出现大量白色深沉，在一定的微波辐射下，反应一定时间后停止。（3）将三颈烧瓶放入冷水中冷却至室温后过滤，用pH=9的氨水和无水乙醇分别润洗、抽滤，再经真空干燥24h。（4）将粉末取出、研磨，放入马弗炉，在450℃下灼烧两小时，研磨后可得纳米ZnO。

2 结果与讨论

2.1 粉体的SEM分析

硫酸锌浓度0.15 mol/L[1]，温度93℃，时间2h[1]，在不同硫酸锌与尿素摩尔比下制备纳米ZnO[2]。可见粒子形态是长条形并且随着摩尔比的增加其长度明显增加。

图1（b）中的颗粒宽为30～40 nm，图1（c）中的颗粒宽为50 nm，而图1（a）中纳米颗粒粒径为30 nm左右，这是由微波的非热效应决定的。在微波炉内存在着一个交变电磁场，在电场力作用下，CO32-会沿着电场方向排列，使晶粒优先沿电场方向生长，可得到形状规则的长条形纳米ZnO，且随着尿素浓度的增加，长度也明显增加。在此反应中，过量的CO32-还会一定程度地阻止纳米ZnO 颗粒间的凝并现象，使细长的晶粒得以保存下来。

2.2 样品的IR分析

纳米ZnO的IR分析见图2。由图可知，3513.46cm-1处的吸收峰为氢键的O-H 伸缩振动吸收带；1523.18cm-1处为自由水的H-O-H弯曲振动峰，表明纳米ZnO容易吸水；216.77cm-1处为ZnO的特征吸收峰；1415.14cm-1处的吸收峰可能是少量的碳酸锌。

图2纳米ZnO的IR谱图

3 结束语

纳米ZnO具有较高的表面极性，部分保留原始状态，未经修改的纳米ZnO的表面能高，非常容易团聚，几乎不与其他聚合物相容，由此可知，实现纳米ZnO粒子的超细微分散是生产出性能优异的纳米复合材料的关键。

参考文献

纳米化学分析篇（7）

中图分类号：TS195 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）01-0002-01

1 我国纳米材料与功能纺织品的发展现状分析

1）我国纳米材料的发展现状分析。随着科学技术的不断发展，微分子领域已经逐渐深入到人类的生活中，纳米技术的出现代表了人类生活的另一个里程碑，我国纳米技术在纺织行业的使用刚刚起步，纳米纺织品在防雨防水，防紫外线，耐磨等方面有着其他纺织材料不可比拟的作用，因此我国的科学家在开发纳米技术的方面一直在努力，不断开发功能性超强的纳米纺织品，为我国创造最大限度的社会经济效益，为我国的功能纺织品带来变革，不断提高纺织品的功能附加值。目前我国功能纺织品领域的纳米技术应用已经逐渐扩散，展示出十分明朗的前景。

2）我国功能纺织品的发展现状分析。纺织在我国已经具有相当长时间的历史，黄道婆发明纺织机，使我国正式走进纺织的时代，随着历史的推进，我国劳动人民的聪明才智的汇聚，我国纺织能力不断提高，由棉纺织品繁衍到丝质纺织品，当时我国纺织技艺在全世界是领先的，中国丝绸也成为了我国的代名词。走进新时代，我国人民对纺织品的需求也在不断提高，对纺织品提示出了功能方面的新要求，功能纺织品应运而生，这是我国纺织业的一个里程碑发明，能够为人民生活提供方便。

2 分析纳米材料在功能纺织品方面的应用与使用

1）加强功能纺织品的防菌防臭性能。纳米技术属于微分子技术，将天然纤维中含有锌，溴等元素的纺织原理进行纳米化处理后，进行纺织处理，可以做到各种防菌防臭的作用。在纺织过程中，将不同的原料纤维进行整理解析，构成新纳米分子，其中锌、溴等微分子就能够大大增强纺织品的细菌掉落率，或是由纳米分子进行吸附作用，将危险的细菌分子吸附到自己身上，从而做到防菌防臭的目的，这项性能为人类的清洁生活提供了无与伦比的方便。

表1 抗菌效率评定

纳米粉体浓度/g·L-1 菌落总数

（×10-4个/mL） 细菌减少率/%

0接触 培养22 h

0.25 TiO2 4.32 1.68 50.7

0.50 TiO2 0.83 0.30 82.6

0.75 TiO2 0.24 0 100.0

0.25 ZnO 2.39 1.50 40.2

0.50 ZnO 2.35 0.32 87.1

0.75 ZnO 0.17 0.02 98.6

2）加强功能纺织品的防紫外线性能。人类进行纺织工作生产纺织品的一个目的就是防范紫外线的侵犯，地球上的紫外线经过臭氧层的弱化，已经变得可以被人类接受，但是由于人类对环境的破坏，臭氧层变薄，对紫外线的防御作用减少，因此科学家研制出可以抵御紫外线的纺织品，那就是纳米纺织品。纳米纤维中有很大一部分对紫外线的吸收与反射有着得天独厚的优势，通过对这些纳米分子的活性分散，使纺织品的紫外线防御功能大大增强，目前全球对这种纳米纺织品的研究已经如火如荼。

3）加强功能纺织品的防水防油性能。纳米技术在防油防水方面有着独到的优势，众所周知，大自然中也存在着大量神奇的防水材料，比如莲叶。科学家通过分析莲叶的整体构造，并将其应用到纳米技术的防水功能改良中，研制出纤维活性极高的纺织产品，通过纺织品缝隙间的纳米材料，使得纺织品的表面在微观下形成一种不平整的状态，使得水，油不容易渗透进纺织纤维，从而达到了防水防油的目的。纳米功能强的纺织品，基本上已经做到了防水防油防污，从而出现了免洗纺织品，给人类的纺织技术带来了崭新的变革。

3 分析我国纳米材料在功能纺织品上的研究进展

1）探究纳米材料在功能纺织品中存在的问题与现象。纳米技术仍属于高精尖的技术领域，所以需要更加专业的人员队伍来进行，但是我国纳米材料研制中的最大问题就是专业人员过少，对纳米研制的深度不足。另外对于可以加入纺织生产的纳米技术没有厂家执行，或生产出的纳米服装不尽人意，导致纳米研制停滞不前，这需要制度上的改进，全面推动纳米材料的再发展。

2）分析纳米材料在功能纺织品的展望与未来。随着纳米技术运用手段的不断成熟，纳米材料将不断运用到功能纺织品中，纳米材料功能丰富，而且纳米纺织品轻薄透气，较之于传统纺织品有着极高的优势，未来的纳米纺织品研究方向就是将不同的纳米技术融入到纺织业中，使得出现不同功能的纺织品，除防水防油，防紫外线，防菌外，还可以开发神奇的变色服装，及其耐热的服装，这都是未来纳米技术在功能纺织品的发展前景。

4 结束语

人类生活是不断进步的，随着科学技术的不断进步，人类基本生活必需品的科学技术的运用也随着不断熟练，纳米技术为人类的精致化生活带来了福音，纳米技术在我们生活中的运用也越来越广，使纳米技术成为新一代高性能技术，在除菌，防老化等方面都发挥了及其不俗的表现。功能纺织品与人类生活息息相关，影响着人类生活的点点滴滴，纳米技术的加入使功能纺织品的实用性大大增强，发展前景一片光明，接下来的一段时间纳米技术将成为功能纺织品的重点发展技术，为全人类服务。

参考文献

[1]肖琪，王瑞，徐磊，康卫民，吴凡，李明超，殷翔芝.热处理温度对玻璃纤维表面氧化锡薄膜光电性能的影响[J].纺织学报，2012（11）.

[2]路艳华，陈宇岳，林红，郝旭.纳米二氧化钛/壳聚糖改性柞蚕丝的结构和热性能[J].东华大学学报（自然科学版），2009（02）.

[3]路艳华，王漓江，刘治梅.用于纺织品整理的低分子质量纳米壳聚糖的制备与表征[J].辽东学院学报（自然科学版），2009（02）.

纳米化学分析篇（8）

1 引 言

金纳米棒具有独特的光学性质，其可调的表面等离子共振（LSPR）特性使其在材料学、生物医学、疾病诊断和治疗、分析应用等领域得到广泛应用[1，2]。如利用其LSPR性质来进行有机小分子的检测[3]、抗体抗原的免疫分析[4]、肿瘤标记物的检测[5]等。金纳米棒通过表面功能化修饰，也可应用于重金属离子的分析， Rex等[6]利用Hg与金纳米棒的融合形成汞合金，使金纳米棒的吸收光谱强度下降并发生蓝移，从而实现了水样中Hg的高灵敏检测。此外，金纳米棒具有独特的荧光性质，其荧光强度随着长径比的增大而增强[7]。ElSayed等[8]研究表明，金纳米棒变形为短棒状或球体是由于不稳定的（110）晶面转换为稳定的（100）和（111）晶面。Gnecco等[9]研究了过氧化氢对金纳米棒的氧化作用机理，发现氧化过程中金纳米棒逐渐变形为球体。然而，应用其荧光性质进行分析研究仍较少，Li等[10]利用金纳米棒的荧光光谱实现了对DNA杂交的检测。本研究组的前期研究中发现金纳米棒在近红外光区具有独特的荧光峰，其峰型尖而灵敏，且背景干扰小，因此，利用该区域的荧光信号进行定量分析具有重要的应用价值。

H2O2常作为研究活性氧的模型分子，目前，检测H2O2的方法有光谱法[11]、色谱法[12]、化学发光法[13]和电化学方法[14]等，但普遍存在灵敏度不高或稳定性不足等缺点，开发灵敏、简便、响应迅速的检测H2O2的传感方法是近年来的研究热点[15]。多酚化合物芒果苷（MGF）、白藜芦醇（RSV）、瑞香素（DAP）是植物中重要的生物活性物质，具有良好的抗氧化清除自由基能力以及其它多种生物活性[16]。因此，本研究以金纳米棒为荧光探针，利用H2O2侵蚀金纳米棒，导致其近红外光区荧光光谱的下降，建立一种检测H2O2的新方法；利用多酚化合物具有清除活性氧的能力，可减弱H2O2对金纳米棒的氧化侵蚀作用，导致荧光强度恢复，根据金纳米棒荧光强度的变化，建立评价多酚化合物抗氧化活性的方法（检测机理见图1），同时采用DPPH自由基清除实验方法进行对照实验。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

Cary 5000紫外可见近红外分光光度计（美国瓦里安技术有限公司）；Zetasizer Nano纳米粒度仪（英国马尔文仪器有限公司）；JEOL2100F场发射透射电镜（日本电子公司）。

氯金酸（上海国药集团化学试剂有限公司）；十六烷基三甲基溴化胺（上海源聚生物科技有限公司）；白藜芦醇、瑞香素、芒果苷（南京泽朗医药有限公司）；H2O2（广州化学试剂厂）；DPPH（美国Sigma公司）；其它试剂均为分析纯；实验用水均为去离子水。

2.2 实验方法

2.2.1 金纳米棒的制备与表征 参照文献 [17]采用晶种生长法制备金纳米棒。用紫外可见近红外分光光度计和TEM 对其进行表征。经两次离心（1000 r/min）分散在少量水中，超声15 min，作为储备液。

3.3 基于金纳米棒荧光光谱对多酚化合物抗氧化活性的检测

纳米化学分析篇（9）

随着科技的发展，复合材料越来越吸引大家的关注，经过复合以后的材料会表现出其各个组分所没有的特定的性能，正因为如此，复合材料在很多领域都得到了重用。所谓橡胶基纳米复合材料是指纳米尺寸的无机填充物分散在橡胶基体中。张立群等人在前人大量理论和实验研究的基础上提出了高效补强必须是“纳米”补强的观点，认为采用纳米补强技术可制得性能优异的橡胶基纳米复合材料。

一、实验

原材料：甲基乙烯基硅橡胶（VMQ）、白炭黑、羟基硅油、硬脂酸锌，纳米Si3N4（平均粒径

基本配方：采用了沉淀法白炭黑，硅橡胶生胶，150份；白炭黑，65份；羟基硅油，4.2份 ；硬脂酸锌，0.35份；氮化硅，0%～3.5% ；硫化剂 ，1%。

工艺流程：采用分段投胶两段混炼法，第一段混炼分两步，首先在密炼机上进行，将生胶、相关加工助剂和填料加入密炼机中升温至150℃，抽真空1h，然后搅拌1h，在混炼过程中一直保持在150℃—170℃，出胶后停放24h，然后进行反炼、过滤；然后在开炼机上进行，在第一步混炼出的胶料中加入纳米Si3N4，开炼光滑，下片停放。第二段混炼是在开炼机上进行，把第一段混炼的两种胶料按不同的比例在开炼机上开炼，并同时加入双—2，5硫化剂下片，停放12h后，制样。橡胶基纳米复合材料样品制备：混炼工艺在密炼机上进行，硅橡胶硫化条件为175℃×5min。

测试与分析：1、采用S—4800扫描式电子显微镜对橡胶机纳米复合材料新鲜撕裂面进行扫描拍照，观察纳米Si3N4在硅橡胶中的分散性，不喷金；2、按照GB/T528在Instron—112型电子拉力机上进行拉伸强度，直角撕裂强度，断裂伸长率等性能测试；耐热老化性能条件为200℃×75h。3、Pyris—1型热重分析仪对各不同的硅橡胶进行分析耐高温性能。

二、结果与讨论

纳米Si3N4在VMQ中的分散情况

分析：这是由于大分子表面改性剂HSi—g—A151改性纳米Si3N4后，能使其与硅橡胶有更强的相互作用、更好的相容性，说明所合成的大分子表面改性剂HSi—g—A151在纳米Si3N4与硅橡胶之间起到了很好的架桥（偶联）作用。

VMQ/纳米Si3N4复合材料的性能

物理性能：在研究的纳米Si3N4的占生胶的比例0、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 （%）比例范围内，随着纳米Si3N4比例的增加，橡胶的邵A硬度有小幅上升，撕裂强度、断裂伸长率、扯断强度在纳米Si3N4比例为0.5%时达到最大值，随后又呈下降趋势，分析认为，在纳米Si3N4粉体表面包覆了大分子表面改性剂HSi—g—A151后，与硅橡胶基体在界面上产生了良好的相互作用，从而在一定用量范围内使复合材料的物理性能得以提高。

耐热老化性能：分别取纳米Si3N4的占生胶的比例0、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 （%）在200℃下热空气老化75h后，测试试样的扯断强度和扯断伸长率，结果在硅橡胶基体中加入纳米Si3N4明显地提高老化后的硅橡胶的扯断强度和扯断伸长率，相对于未加纳米Si3N4的原混炼胶可以看出，随着纳米Si3N4质量分数的增加，老化后硅橡胶的扯断强度降低值以及扯断伸长率均是先减小后增大，扯断强度和扯断伸长率均在0.5%达到一个峰值，可见，纳米Si3N4的加入，能够明显地改变硅橡胶耐热老化性能，当纳米Si3N4粉体添加量低于某一个值时（0.5%），复合材料的那热老化性能随着纳米Si3N4粉体量的增加而提高，这是由于添加的粉体越多对于其性能的提高越明显，当纳米Si3N4粉体添加量高于某一个值时（0.5%），随着粉体量的增加而降低，这是由于当添加过多的粉体时，粉体不能很好的分散在硅橡胶基体中，在做拉伸和撕裂时容易局部断裂而降低了复合材料的耐热老化性能。

耐高温性能：分别对混炼胶、复合材料以及生胶进行热重分析，各种硅橡胶分解速率最大时的温度为：生胶（435℃）、混炼胶（502℃）、复合材料（511℃）如图2.

图2 硅橡胶热重曲线（a生胶 b混炼胶 c复合材料）

三、结论

通过对硅橡胶/Si3N4纳米复合材料的常规力学性能和热空气老化性能的研究表明：经过大分子表面改性剂HSi—g—A151改性后的纳米Si3N4粉体在一定程度上提高了硅橡胶的常规力学性能和耐热空气老化性能。当Si3N4的添加量在0.5%时，物理性能和耐热老化性能达到一个最优值。从对各个不同硅橡胶的TG分析可以看出，添加了适量的经分子表面改性剂HSi—g—A151改性后的纳米Si3N4粉体，可以使硅橡胶的耐高温性能有小幅度的上升。

参考文献：

纳米化学分析篇（10）

纳米技术与生物技术、信息技术是21世纪被世界公认的最具发展前景的三大科技领域，其研究和应用价值日益凸显。近年来，纳米科技领域开始加大对纳米材料的研究，当前纳米材料已在电子学、光学、化工、医药学等领域得到了有效应用。由于稀土元素在光学、电磁学等领域具有独特的理化性质，稀土化合物纳米材料的制备也开始受到相关科技领域的关注，被纳米化后的稀土材料将会在原有的特性上具备一系列新的特性，这些特性将会大大提高原有稀土材料的性能和功能，因此，加大对稀土化合物纳米材料的研究和应用对我国社会各个领域的发展都具有重要现实意义。本文主要对一维稀土化合物的制备和表征进行了研究，以期为一维纳米材料可控生长技术的完善提供帮助。

1 稀土化合物纳米材料的制备法

当前，被制备出来的稀土化合物纳米材料包括稀土氧化物、稀土氟化物、稀土氢氧化物、稀土磷酸盐、稀土碳酸盐、稀土草酸盐等，且具有多种制备方法，比如化学沉淀法、燃烧法、水热法、SOL-GEL法、微乳液法等。水热法是近年来在不断的研究中发展起来的一种合成超细微粉粒的新兴纳米材料制备法，包括水热氧化、水热沉淀、水热晶化、水热合成、水热分解几种技术类型。水热法主要是在特制的容器中将水溶液作为进行压力传递的反应介质，加热反应体系至临界或亚临界温度，从而在容器中创造出一个高温高压环境，使得难溶、不溶物质能够绝大多数溶解于液态水或气态水中，使反应体系接近均相并易于进行反应。稀土化合物在高温高压的水溶液环境中被赋予了常温条件下不具备的特性，比如材料溶解度、离子活度有所增大，化合物的晶体结构易转型等。目前，水热制备法已经成功制备出各种磁性材料、催化材料和储能材料等。在稀土化合物纳米材料的水热制备中，反应物自身性质、反应起始量、反应温度、反应时间以及反应PH值都会影响水热合成，可适当调节反应条件以实现对反应和晶体生长过程的控制。

2 稀土化合物纳米材料的水热制备与表征

下面笔者以Y2O3：E3+纳米管的水热制备及表征为例，希望为完善一维纳米材料的可控生长技术提供帮助。

2.1 实验准备

在合成Y2O3：E3+一维纳米材料时，主要实验试剂为Y2O3、Eu2O3、HNO3、NaOH、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、无水乙醇、氨水、去离子水，实验设备为高速离心机、数码恒温磁力搅拌器、高压釜、电子天平、超声波清洗器、电阻炉、远红外辐射干燥箱。表征手段为热分析、TEM（电子显微学分析）、生物显微镜分析、XRD分析。在实验之前，按照实验要求配置一定的前驱溶液，首先以47：3的比例称取Y2O3、Eu2O3粉末，按量准备浓硝酸，使粉末溶解于其中，为了完全除去浓硝酸，以50℃的温度进行加热直至浓硝酸完全去除，然后按照配置浓度要求加离子水配置[Y（NO3）3-Eu（NO3）3]溶液，浓度为0.05M。

2.2 Y2O3：E3+纳米管的水热制备

第一，在配置好的溶液中倒入NaOH粉末，一边倒一边搅拌，保证搅拌的均匀性；第二，将搅拌均匀后的溶液倒入高压反应釜中，直到溶液达到反应釜的80%，反应釜底部为聚四氟乙烯，然后进行搅拌，为了确保搅拌的均匀性，应控制好搅拌时间，最好保持在10min，之后密封高压反应釜；第三，将高压反应釜装入烘箱中，进行水热反应，在此之前应当根据溶液初始量确定反应时间以及反应温度，以使溶液充分反应；第四，将反应完毕后的物质在离心机中进行离心分离，用去离子水和无水乙醇分别将分离出来的沉淀物洗涤，将洗涤后的沉淀物倒入容器中加热到60℃进行干燥，持续10h后会产生白色粉末；最后，把粉末移入梯度电阻炉中进行加热，每分钟升温2℃，待到温度升至600℃和800℃保温4h，得到Y2O3：E3+纳米管。

2.3 Y2O3：E3+纳米管的表征

2.3.1 光学显微镜分析

通过光学显微镜分析，浓度为0.05M的[Y（NO3）3-Eu（NO3）3]溶液的样品在不同条件下的相关数据如表1：

表1

由上表可知，不管是实验温度还是沉淀剂浓度都对样品形态产生了影响，当温度较高且沉淀剂浓度较大的时候，生成的Y2O3：E3+纳米管长度和直径都比较大。

2.3.2 XRD分析

通过热分析发现，浓度为0.05M的[Y（NO3）3-Eu（NO3）3]溶液在600℃和800℃时的衍射峰位置相同，也就是说当烘焙温度达到600℃后，Y2O3：E3+就能够完好的发育出来，而d值也与标准卡上所标列的值基本相吻合，这主要是因为在配置液体的时候只掺入了少量的Eu2O3，以微量的E3+来取代Y3+并不能明显将原来的晶系和晶胞参数结果改变。

2.3.3 热分析

在热分析中，利用热重法在一定温度下对样品的质量变化与温度变化之间的关系进行分析，产生热重曲线，从热重曲线中发现，从室温开始加热直至达到250-365℃和370-575℃时，在热重曲线中出现了两个失重台阶，两个失重台阶分别对应着11.35%和5.70%的质量损失，也就是说在这两个阶段中，样品的质量损失最严重，这个过程就是[Y（NO3）3-Eu（NO3）3]纳米管经过二次脱水后转化为Y2O3：E3+的过程，加温至600℃后，热重曲线开始趋于平衡，这表明600℃后样品不会再出现质量损失，也就是说Y2O3：E3+纳米管已形成。

2.3.4 电子显微学分析

利用电子显微镜以高压加速的高能电子束照射在样品上，样品被聚焦与放大后就会产生物象，然后将样品物象投射到荧光屏或照相底片上进行观察。电子显微镜的放大倍数高达几十万，具有较高的物象分辨功能和结构分析功能，以此来分析样品在不同条件下的形貌、结构和成分。通过电子显微镜分析发现有两种样品同时存在纳米管，即样品1和样品4，最终得出结论：温度在纳米管的形成中起着重要作用，纳米管的长度和直径是随着温度的增加而增加的，温度越高，纳米管的直径就越均匀，表面就越光滑，所以要想调节纳米管的尺寸、直径，可以通过控制温度来实现。

3 结语

总之，稀土化合物纳米材料具有非常广阔的研究和发展前景。稀土化合物纳米材料是纳米材料中非常重要的一类，纳米粒子所具备的特殊的结构特性和效应使得稀土化合物纳米材料表现出的物理化学性质也非常独特，并影响着激活离子的光学和力学性质，比如光吸收、能量传递、浓度猝灭性质等。Y2O3：E3+具有非常优越的性能，它是一种红色荧光粉，目前已被广泛应用于彩电显像管、荧光灯等方面。科学技术的发展对荧光粉的发光性能比如导电性、发光的稳定性、发光效率等都提出了更高要求，所以加大对纳米尺寸的Y2O3：E3+的研究，加强对Y2O3：E3+尺寸分布、直径的控制，这对社会各个领域都具有重要意义。

【参考文献】

[1]张宁.稀土化合物一维纳米材料的合成与表征[D].中南大学，2009（5）：22-61.

纳米化学分析篇（11）

2009

Hardback

ISBN9780387786889

Koshida著

在纳米尺度,半导体器件将会呈现出不同于宏观尺度的光学、电学性能,充分利用这些性能可以制备很多具有特殊用途的器件。本书分别介绍了硅纳米晶及其纳米结构在光电器件、电子器件及功能器件等三方面的应用。

本书共11章,1.介绍了富硅介质在有源光电器件中的应用。本章比较了富硅氧化物和富硅氮化物在晶体结构、发光效应和发光效率的区别,认为发光效应及效率主要来自硅纳米晶,并指出硅纳米晶结构在有源光电器件中的重要作用;2.硅纳米结构的场致发光器件,介绍了多空纳米硅、富硅氧化物或氮化物、硅超晶格等硅结构,分析了硅纳米晶结构场致发光器件中的作用,硅纳米晶作为激发物而不是发光物质;3.介绍了si/sio2超晶格结构的光学性能、制备过程和采用的技术以及它的发展前景;4.首先介绍了纳米硅结构在注入式激光器设计中的作用,然后进行了实验分析得到了大量的数据,最后指出了纳米硅在激光器制造中的应用前景;5.介绍了硅单电子器件,这种器件可以对单电子进行控制,具有优越的性能,应用前景很广,目前比较典型的是应用在存储和逻辑器件上;6.spin-based 硅晶体管,分别介绍了几种新型的硅晶体管及其性质;7.首先从纳米尺度分析了电子在硅纳米晶的传输特性,然后介绍了电子在硅纳米晶阵列上的传输特性;8.首先介绍了硅纳米晶永久性存储器的发展历史,分析了将自上而下和自下而上两种设计方法进行集合的应用前景以及自组装硅纳米晶在Flash制造中的应用;9.首先介绍了BSD的性能及其发光机理,然后分析了器件发光效率和纳米结构之间的关系,最后着重介绍了玻璃基BSD;10.介绍了多孔硅光电器件的结构和基本性能,以及在label-free生物传感器中的应用;11.介绍了一种基于多孔硅纳米晶的超声发射器。

作者nobuyoshi koshida 1943年出生于日本北海道,分别于1966、1968、1973获得了东京大学工学学士、电子工程硕士和博士学位。1981年他进入东京农工大学电机系任教,1988年成为电子工程专业教授,2002年成为工学研究生院纳米科学与技术教授。他分别于1992-1993年在马萨诸塞学院,1993年在卡文迪实验室,1996年在法国傅立叶大学担任客座教授。他发表的文章,出版的专著合计超过280余篇,目前他担任ECS日本分会主席,是日本应用物理协会理事、美国材料学会及美国物理协会成员。

本书是一本论文汇编,所收录的论文是由相关领域的专家完成的,对于从事微电子设计、纳米技术研究的人有重要的参考价值。

刘军涛,博士生