二维纳米钼化合物及其功能复合材料的制备与性能研究

发布时间：2018-04-29 18:33

本文选题：高速剪切法 + MoS2纳米片　；参考：《哈尔滨工业大学》2015年硕士论文

【摘要】：二维纳米材料具有原子或分子的厚度。与块状材料相比,它能够展现出一些优异独特的性质,具有巨大的功能应用潜力。不同于石墨烯的导电性,二维纳米钼化合物是具有很大应用前景的半导体材料。本文研究了两种二维纳米钼化合物:Mo S2纳米片和Mo O3-x纳米片。Mo S2纳米片与块状材料相比,由间接带隙转为直接带隙,这种改变使其对电、磁、光等能产生一些特异的反应。Mo O3-x纳米片具有普通半导体不具备的可调制的局域表面等离子共振效应(LSPR),这使其在电学和光学领域能够产生极大的应用潜力。本文制备了Mo S2纳米片、Mo O3-x纳米片及其增强聚合物基功能复合材料,并探究了它们所具有的新型功能特点。一是利用Mo S2纳米片荧光信号会随其产生的应变出现变化的特点,通过测试Mo S2纳米片/聚合物复合材料荧光信号的变化,达到非接触式测量这类复合材料应变的功能。二是利用Mo O3-x纳米片可调的LSPR效应,制备了具有可调LSPR效应的三维块状复合材料。采用高速剪切工艺对普通液相超声分散进行了优化,以Mo S2块状材料为原料、化学性质稳定的NMP为分散溶剂,剥离分散制备了Mo S2纳米片悬浮液。对该悬浮液进行了紫外-可见吸光光谱、荧光光谱的表征。结果显示高速剪切优化法制备的Mo S2纳米片悬浮液具有更强的吸光性能和荧光性能,表明该法具有明显的优化效果。对悬浮液中的Mo S2纳米片进行了荧光光谱、Raman光谱和微观形貌分析。结果显示:Mo S2纳米片的荧光信号明显增强,主峰位置在652nm,对应带隙宽度为1.9e V;其Raman光谱的两个特征峰的间距变小;大部分Mo S2纳米片的平面尺寸在几百纳米到几微米,厚度约为几纳米。利用共混法和Layer-by-Layer(LBL)法分别制备了Mo S2纳米片/epoxy和Mo S2纳米片/TPU复合材料,对其进行了荧光光谱、力学性能和微观形貌的表征。研究与讨论了不同聚合物基体、不同制备方法对基于Mo S2纳米片的聚合物基复合材料性能的影响。结果显示:这两类复合材料均具有明显的荧光信号,表明这两类聚合物不会影响Mo S2纳米片的带隙结构;因为环氧树脂脆性较大,且Mo S2纳米片在其中无序排列,导致Mo S2纳米片/epoxy的荧光信号并没有随应力发生明显变化,但因为Mo S2纳米片韧性较好及其对环氧树脂弥散强化的缘故,Mo S2纳米片/epoxy的韧性得到提升;LBL法在制备Mo S2纳米片/TPU时可以使Mo S2纳米片平铺在弹性优异的TPU中,当多次旋涂制备Mo S2纳米片薄层时,Mo S2纳米片/TPU的荧光信号能够随其产生的应变而发生变化。采用高速剪切法,以Mo S2块状材料为原料、化学反应活性较高的乙醇/水溶液为分散溶剂,制备了Mo O3-x纳米片悬浮液。反应原理是:高速剪切先引起Mo S2纳米片从块状材料上剥离分散;接着引起水分子产生强氧化性的OH*自由基,将Mo S2纳米片氧化为Mo O3纳米片;然后乙醇将Mo O3纳米片还原,溶液中存在的H原子插层进入Mo O3纳米片层间,生成Mo O3-x纳米片。对该悬浮液进行了LSPR光谱的测试,结果表明这种悬浮液具有明显的LSPR效应,LSPR峰值位于可见光或近红外波段。紫外线辐射能够促使更多的H原子插层进入Mo O3-x纳米片当中,对Mo O3-x纳米片悬浮液的LSPR光谱进行调制。对悬浮中的Mo O3-x纳米片及相关物质进行了微观形貌、XPS能谱和Raman光谱的表征与分析。微观形貌显示Mo O3-x纳米片的平面尺寸在100nm 150nm,厚度约为5 8nm;Mo O3-x纳米片中大部分原子排列呈非晶态,少部分呈现晶态。XPS结果显示Mo O3-x纳米片中的Mo具有+6、+5和+4三种价态,S以SO4-2形式存在;Raman光谱进一步证明制备的悬浮液中含有Mo O3-x。利用共混法制备了Mo O3-x纳米片/epoxy、Mo O3-x纳米片/TPU复合材料。Mo O3-x纳米片/epoxy保持了可调的LSPR效应,紫外线辐射和一定温度的加热可以调制其LSPR光谱。Mo O3-x纳米片/epoxy中的残余的氨基(-NH2)具有还原性且可以提供活泼氢进行插层,是引起了这类复合材料具有可调LSPR效应的关键。Mo O3-x纳米片/TPU复合材料中不具备这类官能团,因此也不具有LSPR效应。
[Abstract]:In this paper , the properties of Mo S2 nanosheets and Mo 2O 3 - x nanosheets are studied . In this paper , Mo 2O 3 - x nanosheets / TPU composite were prepared by high speed shearing .

【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332

【参考文献】