不同粒度和形貌纳米铁酸铜和纳米氧化铁的制备、结构相变及其性能研究

发布时间：2018-03-29 22:20

本文选题：纳米颗粒　切入点：结构相变热力学　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：在纳米材料的制备和应用过程中常常涉及到纳米颗粒的结构相变,并且其结构相变热力学和相应块状相比有很大的差别,而这种差别取决于纳米颗粒的粒径大小。而目前国内外对于固-液相变对粒度依赖性的研究较多,关于固-固相变对粒度依赖性的研究却很少;关于相变温度对粒度依赖性的研究较多,关于相变焓、相变熵与粒径的关系研究较少,关于形貌对结构相变热力学性质的影响规律未见报道。因此,从理论和实验两方面研究结构相变对粒度的依赖性有重要的理论意义和实用价值。首先,本文通过定义表面化学势,推导出纳米颗粒相变的普遍化方程,利用结构相变从表面开始的结构相变模型,分别导出了结构相变温度、结构相变焓、结构相变熵与粒径的热力学关系式,并讨论了粒度和形貌对纳米颗粒结构相变热力学性质的影响规律。其次,本文在实验上选择纳米铁酸铜、纳米氧化铁颗粒的结构相变作为研究体系。通过不同方法的比较,最终采用高温固相法制备不同粒径的四方相纳米铁酸铜,采用水热法和溶剂热法制备不同粒径、不同形貌的γ-纳米氧化铁,并通过X射线衍射仪表征了样品的平均粒径和晶型,通过扫描电镜表征了样品的形貌,采用差示扫描量热仪测定了不同粒径纳米铁酸铜四方-立方结构相变以及纳米氧化铁γ-α结构相变的DSC曲线,进而得到了不同粒径纳米铁酸铜、纳米氧化铁颗粒的结构相变温度、结构相变焓和结构相变熵;得到了粒度和形貌对其结构相变热力学性质的影响规律。最后,研究了粒径对纳米铁酸铜、纳米氧化铁磁性能和电化学性质的影响。理论结果表明:(1)粒度对纳米颗粒的结构相变热力学性质有显著影响:随着粒径的减小,其结构相变温度、结构相变焓和结构相变熵均随之减小,并且分别与粒径的倒数呈较好的线性关系。(2)形貌对纳米颗粒的结构相变热力学性质有显著影响:同一物质,等效粒径相同时,其各个形貌结构相变热力学性质之间的关系为球形二十面体十二面体八面体立方体四面体,当粒径趋于无穷大时,各个形貌的结构相变热力学性质与粒径倒数的拟合线有相交于一点的趋势。实验结果表明:(1)采用高温固相反应法,通过改变煅烧温度、煅烧时间、助溶剂的种类等因素,可制备出粒径分布均匀、形貌为类球形的四方相纳米铁酸铜,平均粒径范围为31.7-79.0nm;采用水热法,通过改变水热温度、水合肼的量、表面活性剂的种类、还原剂的种类及反应浓度等因素,可制备出大小均一、形貌均一的球形γ-纳米氧化铁,平均粒径范围为19.3-60.3nm;采用溶剂热法,通过改变氢氧化钠的量,可制备出八面体纳米氧化铁,平均粒度范围为78.8-650.9nm。(2)粒度对纳米铁酸铜和纳米氧化铁的结构相变热力学性质有显著影响,并且影响规律与理论一致。形貌对纳米氧化铁的结构相变热力学性质有显著影响:等效粒径相同时,球的结构相变温度、相变焓、相变熵均高于八面体的,与理论结果一致。(3)纳米铁酸铜和纳米氧化铁均为铁磁性材料,粒径对其磁性能有显著影响:随着粒径的减小,纳米铁酸铜的饱和磁化强度减小,矫顽力增大,剩磁减小;随着粒径的减小,纳米氧化铁的饱和磁化强度减小,矫顽力和剩磁均先减小后增大。(4)纳米铁酸铜和纳米氧化铁均属于赝电容器,其电极反应动力学受扩散控制。粒度对其电化学性质有显著影响:随着粒径的减小,纳米铁酸铜的峰电流逐渐增大,氧化峰和还原峰电位均正移,电位差增大,接触电阻减小;随着粒径的减小,纳米氧化铁的峰电流逐渐增大,氧化峰电位正移,还原峰电位负移,电位差增大,接触电阻减小。粒度和形貌对结构相变热力学性质、磁性能以及电化学性质的影响规律,可为纳米材料的制备和应用提供理论依据和指导。
[Abstract]:In this paper , the effects of particle size and morphology on the particle size dependence of nano - particles are studied . The results show that the phase transition temperature , the phase change enthalpy and the phase change entropy of the nano - sized iron oxide particles are studied by means of the differential scanning calorimetry . The results show that : ( 1 ) By changing the amount of calcining temperature , calcining time and the kind of cosolvent , it is possible to prepare spherical 纬 - nano - ferric oxide with uniform size and uniform morphology . ( 3 ) Both the nano - ferrite and the nano - ferric oxide are ferromagnetic materials , and the particle size has significant influence on the magnetic properties . As the particle size decreases , the saturation magnetization of the nano - ferrite is decreased , the coercive force is increased , and the residual magnetism is decreased .

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1

【参考文献】