磷烯及其膜材料的制备和性能的研究

发布时间：2020-05-23 20:33

【摘要】：磷是一种化学物质,从农业肥料、人体成分再到化学教科书可以自燃的“野火”,都与磷元素有关。磷拥有许多同素异形体,以多种形式存在,常见形式有红磷和白磷,随后紫磷和黑磷被人们发现,黑磷是一种层状材料,每个原子层之间通过范德华力连接,类似于石墨,而在一个单原子层内,每个磷原子又通过共价键的形式与相邻三个磷原子形成折叠蜂窝结构。这三个键承担着三个价电子的磷,所以又不像石墨烯。石墨烯和过渡金属硫化物作为最有前途的二维晶体材料的代表,因独特的层状结构和物理、化学性质,使其成为最具潜力的创造性材料。然而,石墨烯零带隙性质和过渡金属氧化物较低的载流子迁移率限制了它们在纳米电子、光电和光伏器件上的应用。黑磷是天然的半导体,由于其优异的载流子迁移率和层层间的直接带隙成为凌驾于石墨烯和过度金属硫化物之上的珍贵材料。本论文中,我们首先研究了黑磷通过矿化途径合成的机理,确定产物的成分以及结晶度,然后通过了机械结合液相辅助将大块黑磷剥离到少层磷烯,对其进行一系列的表征分析从而得到最优的剥离条件。在研究的最后将其制成薄膜纸基功能材料检测其抗菌性能,分析其潜在特性。本论文的主要研究工作及结果如下:(1)黑磷剥离成磷烯的条件筛选通过简单的机械加液相的剥离方法就可以得到高效率产出黑磷纳米片,提出一种新的剥离黑磷的方法,利用有机溶剂做分散剂均匀通过一台高压均质机,这个过程关于剥离条件的筛选还是很有必要的。分别对分散剂、温度、压力、是否搅拌、洗涤次数以及离心转速进行筛选,最终得出结论,选用N-甲基吡咯烷酮作为有机溶剂分散剂有很好的分散效果,压力控制在150MPa,温度控制在5-10℃,均匀搅拌以及离心洗涤三次为实验的最佳条件,并且产率及效率均良好。(2)对制备的磷烯进行表征得到的磷烯样品经过一系列表征分析,即AFM、TEM、SEM、XRD、E D X以及紫外-可见吸收光谱结果表明剥离的磷烯已经成功获得较大的横向尺寸(约200 nm′50 nm大小),并且片层厚度能下降到单层或者双层的状态(层间距为0.53nm),所得产物结晶性能完整,整个过程未曾发生氧化。(3)黑磷结合纳米纤维素提出黑磷纳米片结合纳米纤维素制成纳米纸薄膜纸基材料,主要利用涂布的方法将黑磷涂附在具有空隙的纳米纤维素薄膜上,最后检测得出较高的抗菌性能(高达74.5%),阻燃性能一般,具有很好的散射性能,以及分析其应用的潜在可能性。
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合成装置,管式炉

第二章实验设备和测试分析方法实验设备.1 管式炉实验室所用的合成黑磷的设备是由安徽贝意克设备技术有限公司生多工位管式高温炉（如图 2.1 所示），炉管尺寸 50 600mm，用耐的纤维材料做内胆，并配置可编程智能仪表 LTDE 技术作为控制系最高温度可达 1200℃，最快升温速率为 20℃/min，加热功率为 1500W高效节能，操作方便，其配件有石英管、定制反应器、真空密封装以达到所需实验条件。在反应过程中能够智能化调节温度以及超温报警功能，稳定控制反应温度及保温程序，是实现矿化生成黑磷的性反应阶段。

均质机,超高压,纳米

仪公司提供的 DEBEE-NANO 超高压纳米微射流均质机（如图2.2 所示），超高压纳米均质机的工作原理是超音速（ 2.5 倍）的超音速（2.5 次）流体的超高压（UHP）产生，与本身实现破碎、分散、均质、乳化。高压均质系统广泛应用于科研与生产的各个领域，例如，化妆品、化工、生医制药、食品、材料业。如脂质体、乳剂、悬浮液、分散液、微胶囊、细胞破碎，以及减少食物、药物和颗粒尺寸到纳米级。硬度高、粘度大的物料也同样适用。设备最大压力可达到 60000PSI，即 410Mpa，处理量最大为 50mL/min。便捷拆装，清洗方便，在使用过程中用乙醇清洗一下，结合冷冻装置降低增压机高压产生的发热现象，防止高温影响物料的生成效率。10图 2.2 超高压纳米均质机Figure 2.2 ultra high pr
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ126.31;TB383.2

【参考文献】