基于聚合物模板沉積有序納米顆粒.pdf

1、納米材料具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等特殊的性質(zhì)。和常見的塊體材料相比較,納米材料會展現(xiàn)出獨特的物理和化學(xué)性質(zhì),這使得它在微電子、化工、能源和生物制藥等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。在納米材料制備方面,如何以簡單高效的方法獲得低成本可控性高的納米材料,一直是國內(nèi)外科研工作者研宄的重點。在納米材料眾多的合成方案中,嵌段共聚物自組裝法是一個可以滿足以上要求的方法。以PS-b-P4VP(polystyrene-b-poly(4-vin

2、ylpyridine))為例:它可以在選擇性溶解的溶劑中自組裝形成有序的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)可以作為生長納米材料的模板與納米反應(yīng)器。這是一種簡單,低成本的方法,可以用來生長許多納米材料。但是,目前完全利用PS-b-P4VP自組裝方法來制備磁性氧化物的研宄報道很少。因此,本文將利用PS-b-P4VP自組裝方法來制備磁性氧化物納米顆粒,探索一種低成本制備磁性納米顆粒的方法。
　　本文采用旋涂法在硅(Si)基片上制備了雙嵌段共聚物PS-b-P

3、4VP模板,研究了PS-b-P4VP在選擇性溶解的溶劑甲苯/四氫呋喃(T H F)中的自組裝性質(zhì),以及基片種類、旋涂轉(zhuǎn)速、浸泡溶液種類和蒸汽退火等因素對PS-b-P4VP薄膜的影響,并從中獲得了生長有序納米結(jié)構(gòu)的最佳聚合物模板。然后,我們研究了許多金屬前驅(qū)體與聚合物PS-b-P4VP的絡(luò)合反應(yīng),篩選并得到了在本實驗室中可以成功絡(luò)合的金屬前驅(qū)體。最后利用高溫退火,分解了有機前驅(qū)體,獲得了磁性氧化物納米顆粒陣列,并研宄了氧化物納米顆粒陣列的

4、磁性質(zhì)。具體研宄結(jié)果如下:
　　首先,利用原子力顯微鏡研宄了PS-b-P4VP聚合物模板的表面形貌。結(jié)果表明在純甲苯溶劑下可以獲得準六角的有序球形膠束結(jié)構(gòu)。在甲苯與四氫呋喃體積比為10/40的比分下,可以獲得面外取向的準六角的有序柱形微疇。以上這兩種結(jié)構(gòu)都可以作為模板來生長納米結(jié)構(gòu)。
　　然后,我們研究了多種金屬前驅(qū)體與聚合物PS-b-P4VP的絡(luò)合反應(yīng),篩選并得到了在本實驗室中可以成功絡(luò)合的金屬前驅(qū)體(如:鐵、鈷、鎳等)。

5、最后利用高溫退火,分解了有機前驅(qū)體,獲得了磁性氧化物納米顆粒陣列,并利用AFM做了表面形貌測試。
　　最后,我們研宄了(I-Fe2O3與NiFe2O4納米顆粒的表面結(jié)構(gòu)、元素信息還有磁性質(zhì)。從AFM與SEM的圖像可以看出納米顆粒的高度基本在5-10nm左右,顆粒大小在20-50nm左右,顆粒間距在75nm左右。顆粒以準六角的方式排列在Si片上。XPS的元素峰確認了納米顆粒的成分為Ci-Fe2O3與NiFe2C^從PPM S測試得到

6、的磁滯回線可以看出Ci-Fe2O3和NiFe2CU納米顆粒在50K-300K的溫度范圍內(nèi)都具有一定的鐵磁性。其中,Ci-Fe2O3納米顆粒的Morin轉(zhuǎn)變溫度由于納米尺寸效應(yīng)降到了50K以下,從而拓寬了Ci-Fe2O3納米顆粒的鐵磁性溫度范圍。MFM測試結(jié)果表明本實驗中合成的Ci-Fe2O3納米顆粒具有單疇結(jié)構(gòu),因此在磁性存儲領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。
　　總之,本文利用嵌段共聚物PS-b-P4VP自組裝法成功制備了Ci-Fe2O3與Ni