常压等离子体辅助制备纳米材料研究

发布时间：2018-05-01 17:39

本文选题：微等离子体 + 金属纳米颗粒　；参考：《上海交通大学》2015年博士论文

【摘要】：纳米材料因其独特的性质而被广泛应用于生物医学、催化、太阳能电池、各类传感器件等诸多领域。纳米颗粒的制备更是可以追溯到十九世纪中叶。近年来,对于制备纳米颗粒和纳米结构材料的方法层出不穷,其中包括各类纯化学法、电化学法、等离子体法、辐射法等等。对于纳米材料,不仅是其各种制备方法受到研究者的关注,纳米材料的尺寸分布、形态特征和表面修饰等的控制也成为纳米科学研究的重点,并且纳米材料在各个领域的应用也不断被人们所发掘。随着纳米材料应用的普遍化和商业化,我们将逐渐进入一个纳米的时代。本文第一章从纳米材料的起源、量子特性、光学性质、制备方法和应用等方面系统地介绍了纳米材料的起源、发展和研究现状。自从十九世纪中叶,法拉第开启纳米材料制备和研究的大门后,纳米材料独特的量子特性被人们所发现,而其量子特性引发的物理、化学性质的改变使得纳米材料逐渐被研究者们所关注,并应用于各个领域,随之而来,纳米材料的各类制备方法也成为纳米科学研究者的探索和研究重点被不断发现和总结。由于金属纳米颗粒与碳纳米颗粒的制备手段有较明显的不同,我们分成两节分别介绍;对于纳米材料的应用,可以说有成百上千的应用实例,我们选取个别领域的应用做了简要的介绍。本文第二章、第三章主要介绍采用一种新型、环境友好的方法即常压微等离子体辅助电化学的方法制备金、银纳米颗粒,我们通过对主观实验条件因子包括溶液温度、还原电流强度、搅拌因素、反应前驱物浓度、稳定剂因素等控制达到了对制备纳米颗粒尺寸、分散性、均匀性的控制。在第三章中,我们将这些主观实验条件因素转化为客观存在的影响因素如反应速率、反应区域驻留时间和电荷互斥进行进一步的讨论,并从客观影响因素的角度对实验结果给与了适当的解释。同时,我们对金和银纳米颗粒的制备进行了对比和讨论,指出了制备金、银纳米颗粒的一些区别以及相同实验参数的变化所引起不同影响的原因。本文第四章主要介绍利用微等离子体辅助电化学的方法合成大小均匀并且产生蓝色荧光的碳量子点。通过引入微等离子体,在没有外部加热或者酸性反应物的情况下,大大加速了量子点的合成,从而降低了能源成本和反应时间。相比我们小组发现的纯化学法在制备过程中所需的氢氧化钠大大减少。结果表明,碳量子点的蓝色荧光是由于等离子体引起,而非外部加热;同时,微等离子体引入纯化学法后,制备的碳量子点会出现有更多类型和更多的官能团,并最终导致了利用微等离子体辅助法合成的碳量子点产生蓝色荧光效应。本文第五章主要介绍利用介质阻挡放电这种等离子体处理的方法,对工业纯钛进行表面改性和表面形貌修饰,通过在不同钛组表面植入和培养前成骨细胞的一系列实验,在对比观察和分析后发现,采用介质阻挡放电方法处理的工业纯钛显著增强了细胞粘附、铺展,并对前成骨细胞的增殖与分化没有负面影响。此外,我们的研究还表明,表面微米-纳米量级的结构形貌,尤其是纳米尺度颗粒形貌的分布,有助于细胞的附着和增殖,而表面微结构和表面化学/能量分别影响细胞的分化和铺展。该章的研究可以作为纳米材料在生物医学应用的一个实例。总结展望部分总结了作者的研究成果,并从纳米颗粒尺寸方程的建立、纳米颗粒生产效率的提高、碳量子点形成机制的研究、碳量子点制备过程的产物分析、DBD处理钛样品技术的改进、“斑图刻蚀”技术的想法、碳量子点与纳米光栅相互作用的光学原理等方面对纳米材料的制备、理论研究以及应用进行了展望。
[Abstract]:Nano - materials are widely used in biomedical , catalysis , solar cells and various kinds of sensor devices because of their unique properties . The preparation of nano - particles can be traced back to the middle of the nineteenth century . This paper introduces a series of experiments on the surface modification and surface morphology of pure titanium by means of micro - plasma assisted electrochemical method . The results show that the blue fluorescence of carbon quantum dots is greatly enhanced by plasma - induced and non - external heating . In addition , the results show that the blue fluorescence of carbon quantum dots can be used as an example of biological medical application .

【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1

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