复合纳米粒子的制备与光电性能研究
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

1.2 制备复合纳米粒子的材料

许多种化学物质可用来制备核/壳复合纳米粒子,由其制备的核/壳复合纳米粒子具有独一无二的用途。这些化学物质可分为两大类:小粒径的无机物和具有长链和大分子量的有机聚合物。其中每种物质都拥有不同的化学结构和物理性质。

1.2.1 无机物

目前核/壳复合纳米粒子大多选择纳米尺寸的金属氧化物。这些金属元素在元素周期表中的位置较固定且拥有固有的结构,因此它们可以为复合纳米粒子提供优良的性质,优良的性质保障了复合纳米粒子应用于更广泛的领域。由于尺寸的原因,当这些金属氧化物是纳米尺寸的时候,其表现出的性质与大尺寸的同类物质截然不同。纳米尺寸的金属氧化物具有新奇的物理和化学性质。由于体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应的存在,使得纳米尺寸的金属氧化物具有多种多样的应用。

SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe3O4等均被报道用于制备复合纳米粒子。Darinka Primc等采用共沉淀法制备了壳为Fe3O4的复合纳米粒子[14]。L.Zhang等采用一步法制备了Fe3O4@SiO2磁性复合纳米粒子[15]。Y.Zhang等用微乳液聚合制备了PS/SiO2复合纳米粒子[16]。R. Raeisi Shahraki等采用共沉淀法制备了超顺磁性的铁酸锌/壳聚糖复合纳米粒子[17]。V.M.Socoliuc的团队用共沉淀的方法制备了Fe3O4/OA复合纳米粒子[18]。 I.V. Kubrakova等用微波共沉淀的方法制备了Fe3O4/OA复合纳米粒子[19]

上述复合纳米粒子中的无机物既可通过物理方法又可通过化学方法来制得。物理方法通常是指气相沉积法,化学方法一般使用稳定剂阻止金属离子还原成原子,稳定剂还可控制原子聚集。化学方法比物理方法复杂得多。但化学方法比物理方法更高效[20]。在复合纳米粒子中加入无机物,可以显著改善复合纳米粒子的机械强度、热稳定性等性能。无机纳米粒子可以用仪器分散于表面活性剂溶液中,还可以用改性剂对其表面使用特定功能基团进行改性,改性后的无机纳米粒子能作为核进一步和单体反应制备核/壳复合纳米粒子。

1.2.2 有机聚合物

核/壳复合纳米粒子中的有机聚合物通常是某种单体通过聚合反应得到的产物。K.Zhang的团队制备了SiO2/PMMA复合纳米粒子及其中空微球[21],Y.Sheng等制备了CaCO3/PS复合纳米粒子[22]。文献报道比较多的有机聚合物还有聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚丙烯、丙烯酸聚氨酯、多吡咯、聚2-羟基乙基甲基丙烯酸等。合成此类有机聚合物的方法有均聚、共聚、嵌段共聚、接枝聚合。研究人员对于聚合方法的研究非常充分,这些研究足以满足核/壳复合纳米粒子的大规模应用。

有机聚合物材料具有优良的光学性能、较好的伸缩性和韧性,它们可以为无机材料提供载体环境,并且能够改善无机材料的脆性、分散性和稳定性[23]