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基于SiO₂/TiO₂纳米复合材料的合成及性能研究

作　者: 吕宇君
导　师: 李超荣
学　校: 浙江理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 复合纳米材料光催化抑菌疏水
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 201次
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内容摘要

纳米复合材料，因其独特的物理和化学特性，广泛应用于各个不同领域，在催化、环保健康、医药卫生及电子工业等领域，具有重要的应用前景，并引起国内外众多科研小组的大量研究。本论文综述了目前实验室中纳米复合材料的一些合成方法，以及在光催化、纳米抗菌、疏水性能等应用领域最新研究进展，在总结现有研究成果的基础上，提出了本论文的研究设想和基于SiO₂/TiO₂纳米复合材料的制备方案。研究的主要的内容与取得的成果，具体归纳如下：1、以钛酸四丁酯的水解产物作为前驱物，结合水热法制备银修饰的海绵状TiO₂多孔材料。研究了该材料的形貌与制备条件，包括反应时间、反应温度以及模板剂等之间的关系。采用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、X射线衍射仪（XRD）等对所得样品的形貌和结构进行了表征。并对银修饰的海绵状TiO₂多孔材料可能的形成机理进行了分析。结果表明，所添加的聚乙烯吡咯烷酮在形成多孔形貌中起着关键的作用。与商用P25（德固赛）和花状二氧化钛相比，银修饰的海绵状TiO₂多孔材料表现出更高的光催化活性。2、采用了St ber法制备介孔SiO₂载银抑菌球。首先利用PVP还原银离子，制备得银核，再利用St ber法在银核的表面包裹上一层SiO₂壳，通过碱液腐蚀制备出直径为100nm并且壳层显示介孔结构的纳米小球。采用FE-SEM、透射电子显微镜（TEM）、XRD和N2吸附对所得纳米小球的形貌和结构进行了表征。通过改变抑菌球的含量和大肠杆菌TG1的培养生长时间进行抑菌性能研究，结果证实该纳米小球具有良好的抗菌性能。此外，将抑菌球按不同质量百分比加入到聚乙烯醇中制得抑菌球/PVA复合薄膜，并将得到的薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行定性测试，结果表明，该薄膜表现出良好、持久的抑菌性能。3、通过对PDMS表面采用不同大小的二氧化硅和商用二氧化钛进行改性修饰，控制二氧化硅或者二氧化钛的添加量，满足了对疏水材料的高透光率或低透光率的要求，拓展材料表面的疏水性能，实现PDMS疏水材料从透光到不透光之间的连续可调。4、 SiO₂/TiO₂Fe₃O₄磁性纳米材料，采用溶胶-凝胶和水热相结合的方法制备。使用FE-SEM、XRD、振动样品磁强计（VSM）对制得纳米颗粒的形貌、结构和磁性进行了表征。结果表明，所得到的纳米粒子粒径分布较广且呈尖晶石结构。接触角测试结果证实样品具有超疏水性，分析样品表面粗糙度和表面自由能对疏水性的影响。此外，我们观察到放置在玻璃表面的该磁性材料在施加磁场的情况下呈现出针状。所制样品能在暴露空气中数月而依旧保持其优异的疏水性能。由于其具有超疏水和磁性双重功能，预计在医用机械、钢铁防腐蚀等方面将能得到广泛的应用。5、利用蜡烛燃烧时产生不规整粗糙结构的成串纳米碳颗粒，将其均匀有效地附着沉积在事先备好旋涂有SiO₂的载玻片上，在载玻片上形成一层微细粗糙结构的碳纳米粒子，制得SiO₂碳纳米复合材料。SEM测试样品形貌，呈蜂窝状孔隙，碳颗粒的直径大小在30-40nm。由于样品表面及旋涂有SiO₂载玻片基底相互形成的微纳复合阶层结构，因而表现出较好的超疏水性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第一章绪论  11-25
  1.1 纳米复合材料与 SiO_2/TiO_2纳米复合材料  11-13
  1.2 SiO_2/TiO_2纳米复合材料的制备方法  13-15
  1.3 SiO_2/TiO_2纳米复合材料的应用  15-20
    1.3.1 纳米催化材料  15-16
    1.3.2 纳米抗菌材料  16-18
    1.3.3 纳米疏水材料  18-20
  1.4 本论文选题的目的、意义及研究内容  20-22
    1.4.1 本论文选题的目的和意义  20-21
    1.4.2 本论文的研究内容  21-22
  参考文献  22-25
第二章银修饰的TiO_2海绵状多孔纳米材料的制备与光催化性能研究  25-38
  2.1 引言  25-26
  2.2 实验部分  26-27
    2.2.1 实验原料  26
    2.2.2 主要仪器  26-27
    2.2.3 样品的制备  27
      2.2.3.1 银溶胶的制备  27
      2.2.3.2 银修饰的 TiO_2海绵状多孔纳米材料的制备  27
    2.2.4 光催化性能评价  27
  2.3 实验结果与讨论  27-35
    2.3.1 银修饰的 TiO_2海绵状多孔纳米材料 FE-SEM、EDS、XRD 分析  27-30
    2.3.2 银修饰的 TiO_2海绵状多孔纳米材料光催化性能研究  30-33
    2.3.3 对照试验  33-35
  2.4 本章小结  35-36
  参考文献  36-38
第三章介孔SiO_2载银抑菌球的制备及在PVA薄膜中抑菌性能研究  38-51
  3.1 引言  38-39
  3.2 实验部分  39-42
    3.2.1 实验原料  39-40
    3.2.2 主要仪器  40
    3.2.3 样品的制备  40-42
      3.2.3.1 介孔 SiO_2载银抑菌球的制备  40-41
      3.2.3.2 介孔 SiO_2载银抑菌球/PVA 薄膜的制备  41-42
    3.2.4 抑菌性能评价  42
  3.3 实验结果与讨论  42-48
    3.3.1 介孔 SiO_2载银抑菌球 FE-SEM、TEM、XRD、N2吸附分析  42-45
    3.3.2 介孔 SiO_2载银抑菌球抑菌性能研究  45-46
    3.3.3 介孔 SiO_2载银抑菌球/PVA 薄膜抑菌性能研究  46-48
  3.4 本章小结  48-50
  参考文献  50-51
第四章基于SiO_2/TiO_2复合纳米材料的制备与疏水性能研究  51-69
  4.1 引言  51-52
  4.2 实验部分  52-56
    4.2.1 实验原料  52
    4.2.2 主要仪器  52-53
    4.2.3 样品的制备  53-55
      4.2.3.1 SiO_2/TiO_2PDMS 复合膜的制备  53-54
      4.2.3.2 SiO_2/TiO_2Fe_3O_4磁性纳米材料的制备  54
      4.2.3.3 SiO_2碳纳米复合材料的制备  54-55
    4.2.4 疏水性能评价  55-56
  4.3 实验结果与讨论  56-65
    4.3.1 SiO_2/TiO_2PDMS 复合膜 FE-SEM、UV 分析  56-57
    4.3.2 SiO_2/TiO_2PDMS 复合膜疏水性能研究  57-59
    4.3.3 SiO_2/TiO_2Fe_3O_4磁性纳米材料 FE-SEM、EDS、XRD、VSM 分析  59-61
    4.3.4 SiO_2/TiO_2Fe_3O_4磁性纳米材料疏水性能研究  61-63
    4.3.5 SiO_2碳纳米复合材料 FE-SEM 分析  63-64
    4.3.6 SiO_2碳纳米复合材料疏水性能研究  64-65
  4.4 本章小结  65-66
  参考文献  66-69
第五章结论  69-72
  5.1 主要结论  69-70
  5.2 后续工作展望  70-72
硕士期间发表的论文、专利及其参加的会议  72-73
致谢  73

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