纳米材料研究进展论文

摘要：二氧化钛是在材料科学中研究最多的化合物之一。由于它的一些独特的性能，使得它在光催化、染料敏化太阳能电池、生物医学器件、气体敏感材料方面都具有广泛的研究价值。文章综述了实验室常用的方法，例如阳极氧化法、静电纺丝法、水热法、溶胶-凝胶法来制备二氧化钛纳米材料及相应的合成原理。今天小编为大家精心挑选了关于《纳米材料研究进展论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

纳米材料研究进展论文 篇1：

磁光双功能纳米材料的研究进展

1. 引言

近年来，随着社会的进步和科学的发展，对纳米材料的性能提出了更高的要求，单一的纳米材料已经不能满足人们的需求。现代材料发展的趋势是将两种或两种以上单一材料合成为一种性能优良的复合材料，使之既包括单一组分的性能，又包括各组分协同作用产生的综合性能，开创了材料设计方面的新局面。磁光双功能纳米材料是一种将磁性材料和发光材料结合为一体，同时具有磁性和发光性能的复合纳米材料，是当今新材料领域的前沿研究课题。因其具有可控的结构和界面相互作用，从而表现出新的物理和化学性质，这些新颖的性质对未来的科技具有重要的应用价值与研究价值。磁光双功能纳米材料能够进行荧光标记和磁性分离，不仅用外部磁场可以操纵，也可以用荧光成像技术即时观察，与单一纳米材料相比，具有更重要的应用价值。

2. 磁光双功能纳米颗粒的制备

目前，对磁光双功能纳米材料的研究主要是针对磁光双功能纳米颗粒的制备、性质以及应用等方面进行探索研究。作为具有广泛发展前景的磁光双功能纳米材料，磁光双功能纳米颗粒不足以满足未来更多、更新、更高的技术需求，难以满足日益增长的应用需求，迫切需要制备具有新型结构的磁光双功能纳米材料[1]。

核壳结构的磁光双功能纳米材料常以发光物质作为壳层，这些发光物质多数为量子点，有机染料分子和稀土掺杂的无机材料。尽管有机染料广泛应用于生物医学领域，但其具有荧光寿命短、光致漂白、染料分子容易聚集、对细胞潜在毒性等缺点，使其实际应用受限。而半导体量子点固有的毒性和在水中稳定性差、容易聚集、生物相容性差等缺点而未能广泛应用。稀土掺杂纳米发光材料具有发光性能独特，荧光寿命长、量子产率高、毒性低、光化学稳定性高等优点，使之成为生物标记的新类型材料。若将稀土掺杂纳米发光材料作为磁光双功能纳米材料的壳层有助于改善量子点、有机染料分子等发光材料在实际应用过程中的不足之处，使磁光双功能纳米材料具有更加广阔的应用前景。磁光双功能纳米材料多以Fe3O4、γ-Fe2O3等磁性物质作为核壳结构的核层[2]。Dr. Latif U. Khan等人[3]制备了Fe3O4@SiO2-Ag@Y2O3：Eu3+纳米颗粒，研究发现，SiO2层可以有效提高样品的荧光性能。Jia等人[4]制备了CoFe2O4/SiO2/Y2O3：Eu3+纳米颗粒，实验结果表明，SiO2层的存在有效地避免了磁性物质对发光物质荧光性能的影响，得到了同时具有良好磁性和发光性能的纳米颗粒。

3. 磁光双功能一维纳米材料的制备

随着科学技术的不断发展，单一形貌的磁光双功能纳米颗粒很难满足生物医学等领域对磁光双功能纳米材料日益增长的需求和要求。因此，制备具有新颖形貌的磁光双功能一维纳米结构材料是亟待解决的问题。目前，磁光双功能一维纳米结构材料已有报道，主要是以Fe3O4颗粒、稀土配合物或者稀土氧化物纳米颗粒为原料，高分子PVP或者PMMA为模板，采用静电纺丝技术制备磁光双功能一维纳米材料。

Ma等人[5]采用静电纺丝法制备了磁光双功能柔性Janus纳米带，Janus结构实现了将磁性物质和发光物质有效分离，避免了磁性物质对发光性能的影响。陈[6]等人采用静电纺丝法制备了钇铁石榴石（YIG）纳米纤维。在750℃下焙烧得到尺寸均匀的纳米纤维，纤维直径大约为100 nm。

4. 总结

磁光双功能纳米材料同时具有磁性和发光性能，将荧光标记和磁性分离合为一体，既可用外部磁场操纵，也可以用荧光成像技术进行即时观察，在生物成像、荧光标记、生物测定、药物传输、医学诊断治疗、生物标记、食品安全、环境监测等领域具有巨大应用前景。

参考文献：

[1]Xuegang Yu， Yan Shan， Guicun Li， et al. Synthesis and characterization of bifunctional magnetic-optical Fe3O4@SiO2@Y2O3：Yb3+， Er3+ near-infrared-to-visible up-conversion nanoparticles. Journal of Materials Chemistry， 2011， 21： 8104-8109.

[2]Wankui Su， Mingyue He， Jun Xing， et al. Facile synthesis of porous bifunctional Fe3O4@Y2O3：Ln nanocomposites using carbonized ferrocene as templates. RSC Advances， 2013， 3： 25970-25975.

[3]Latif U. Khan， Luis F. M. Zambon， Jacinete L. Santos. Red-Emitting Magnetic Nanocomposites Assembled from Ag-Decorated Fe3O4@SiO2 and Y2O3：Eu3+： Impact of Iron Oxide/Silver Nanoparticles on Eu3+ Emission. Chemistryselect， 2018， 3： 1157-1167.

[4]Yanmin Jia， Zhihua Zhou， YongbinWei， et al. Enhanced photoluminescence of core–shell CoFe2O4/SiO2/Y2O3：Eu3+ composite by remanent magnetization. Smart Materials and Structures， 2013， 22： 125014-125020.

[5]Qianli Ma， Wensheng Yu， Xiangting Dong， et al. Janus Nanobelts： Fabrication， Structure and Enhanced Magnetic-Fluorescent Bifunctional Performance. Nanoscale， 2014， 6： 2945-2952.

[6]陳莹莹， 张溪文， 候建梅， 韩高荣. 静电纺丝法制备钇铁石榴石单晶纳米纤维. 微细加工技术， 2008， 1， 35-39.

项目名称：大学生创新创业训练计划项目，项目名称（项目编号：202010191128）

作者简介：杨程博，男，吉林建筑大学材料科学与工程学院本科生

吉林建筑大学材料科学与工程学院 吉林 长春 130118

作者：杨程博 于涵 林美娜 周澳 石广森

纳米材料研究进展论文 篇2：

二氧化钛纳米材料的制备及研究进展

摘 要：二氧化钛是在材料科学中研究最多的化合物之一。由于它的一些独特的性能，使得它在光催化、染料敏化太阳能电池、生物医学器件、气体敏感材料方面都具有广泛的研究价值。文章综述了实验室常用的方法，例如阳极氧化法、静电纺丝法、水热法、溶胶-凝胶法来制备二氧化钛纳米材料及相应的合成原理。

关键词：二氧化钛 纳米管 阳极氧化 综述

自从科学家们发现了碳纳米管这种具有独特的结构和性能的材料，其在物理学和材料学领域都得到了广泛的关注[1]。这些一维的纳米结构不仅具有独特的电子特性，例如高电子迁移率或量子限制效应、高的比表面积，还显示出非常高的机械强度[2～4]。不仅是碳纳米材料，有许多过渡金属氧化物和硫化物在一维或者一维几何结构（纳米线、纳米纤维、纳米棒等）中也具有与之类似的独特性能[5～8]。而由于碳纳米管成本较高，使得钛纳米材料成为近年来材料科学研究最多的化合物。TiO2是一种无毒、环保、耐腐蚀的材料，它常用于油漆、白色颜料和阳光阻隔剂[9]。TiO2是一种宽禁带半导体，在光照条件下，光生电子和空穴容易分解水形成氧和氢，这一电子特性使得它可以用于危险废物的氧化分解，有毒气体污染物的控制。对于TiO2的这些应用，关键是由于TiO2纳米材料具有比较大的比表面积，使得TiO2的反应效率要高于其他材料[10]。

一维TiO2纳米结构的合成方法分为物理法和化学法。物理法主要分为粉碎法、建筑法，例如溅射法、真空沉积法、混合等离子体法。化学法是指通过适当的化学反应的方法，主要分为气相法和液相法。其中液相法包括沉积法、水热法、氧化还原法，溶胶-凝胶法等。这里主要介绍实验室常用的制备TiO2纳米材料的方法。

1 阳极氧化法

阳极氧化法是一种传统的金属表面处理的方法，这种方法是过去十年研究者们使用的最广泛的方法之一，它不仅成本低，还可以有效的制备出整齐有序、尺寸可控的一维二氧化钛纳米管，并且还可以适用于其他过渡金属或合金氧化物纳米管或孔结构的制备[11]。它是将金属或合金作为阳极，采用电解的方法使其表面形成氧化物薄膜，通过调整电解液的成份和阳极氧化的参数，可以在金属表面形成不同粗糙程度、多孔或者管状的氧化层。随着Ti及其合金的大量应用，使用阳极氧化法制备纳米结构TiO2样品的研究越来越多。Xuming Zhang等人[12]利用石墨和钛片（纯度99%）分别作为阴极和阳极，将0.3%wt NH4F和5vol%去离子水溶于乙醇制成电解液，在常温下，电压为40 V进行反应，由于反应时间的不同，生成的TiO2纳米管的形貌也有所不同，反应时间为40 min、2 h、4 h、7 h时，生成纳米管的长度分别为1.2μm、3μm、6.2μm、10μm，由此看出，随着反应时间的增加纳米管长度也会增加，但时间若太长，由于管壁厚度减小，纳米管又会出现倒塌的现象。

2 静电纺丝法

静电纺丝是一种能够制备出微米级或纳米级一维纳米纤维的方法，并且能够制备高长径比、成分多样化、既可实心也可空心的纳米纤维，由于它的简单易行，得到了广泛的使用。将配好的前驱体溶液注入带有针头的注射器中，直流高压电源的正极用导线与注射器针头一端连接，负极与收集纳米纤维的铁板相连[13～15]。通电后，由于高压情况下，针孔内的前驱体溶液会喷出，瞬间会形成很多细流，这些细流经历一个拉长和抖动的过程，形成又长又细的丝，然后暴露在空气里，挥发掉有机溶剂，溶质固化，从而在对应的阴极接收板上聚集我们所需要的无纺布状纤维[16]。Ramya等人[14]利用钛酸四丁酯、PVP、DMF（N，N-dimethy lformamide）制备出了不同浓度的前驱体溶液，在室温25 ℃，相对湿度50%、喷射距离10 cm、电压为15 kV下进行试验，可以获得不同直径的纳米纤维。

3 水热法

水热法是指将反应物放入一个特制的密闭反应容器（高压釜）内，使在常温常压下很难溶解或不溶解的反应物在高温、高压的环境下溶解并重新结晶，从而能够生成实验所需要的物品。实验电解质通常为酸或碱性的水溶液，反应物可以是粉体也可以是薄膜。对于粉体反应物来说，使用水热法制备得到的纳米颗粒晶粒发育完整，晶粒很小并且分布很均匀，团聚程度也不大，可以获得理想的晶体形态。使得实验可以使用较便宜的原料，省去了高温煅烧和球磨的费用，避免了杂质引入和结构缺陷。若改变反应物，水热环境，同样能够制备出TiO2纳米棒[17]。利用水热法能直接制得结晶良好的一维的TiO2，并且通过改变工艺条件，可实现粒径、晶型等特性的控制，由于经过重结晶，还能够获得纯度比较高的二氧化钛晶体。但是水热法是在高温、高压下的反应，对设备要求高，操作复杂，能耗也比较大。

4 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是一种化工上经常用到的一种工艺。它是在液相下将含有高化学活性的化合物作为前驱体均匀混合，反应生成透明溶胶液，通过水解、缩合等化学反应，进一步生成凝胶，再把凝胶加热，可制成非晶体玻璃、多晶体陶瓷等，通过旋涂，可制成纳米薄膜。李红等人[18]利用钛酸异丁酯、乙二醇甲醚、去离子水、硝酸、HCP（羟基纤维素）按比例配置成溶胶溶液，以6 cm/min的提拉速度，在ITO玻璃基板上镀了5层TiO2薄膜，经过热处理后便可获得样品，同时改变溶液中HCP的含量有可以制得不同厚度的薄膜。而随着HCP含量的增加，由于颗粒表面形成了双分子或者多分子吸附物，使得HCP的长链间的链桥作用产生凝聚，TiO2的颗粒会随之增大。而TiO2颗粒的变化也会影响其透射性能[19]。

5 结语

一维TiO2纳米管材料由于其显著的优势得到了广泛的关注。其制备方法也多种多样，每种方法都有其独特的优势，但也都有一些缺点。想要将其应用于工业化的生产，还需要对制备工艺进行改进。降低生产成本、简化工艺程序、对纳米形貌、尺寸进行有效的控制等，这些都将需要更进一步的探索。

参考文献

[1] S.Iijima，Nature[Z].1991.

[2] C.M. Lieber，Solid State Commun[Z].1998.

[3] C.N. R. Rao，A. Mller，A. K. Cheetham，The Chemistry of Nanomaterials：Synthesis， Properties and Applications，Wiley-VCH，Weinheim，Germany[Z].2006.

[4] C.Weisbuch， B. Vinter， Quantum Semiconductor Structures：Fundamentals and Applications，Elsevier[Z]. Amsterdam，1991.

[5] C.N. R. Rao， M. Nath， Dalton Trans[Z].2003.

[6] Y.Feldman， E. Wasserman， D. J. Srolovitz， R. Tenne， Science[Z].1995.

[7] R.Tenne， L. Margulis， M. Genut， G. Hodes， Nature[Z].1992，360：444.

[8] Y.Xia，P. Yang， Y. Sun， Y. Wu， B. Mayers， B. Gates， Y. Yin， F. Kim， H. Yan， Adv. Mater[Z].2003.

[9] H.Nakamura， Matsui， J. Am. Chem. Soc[Z].1995，117：2651.

[10] P.Hoyer， Langmuir[Z].1996，12：1411.

[11] P.Roy， S.Berger， P. Schmuki， Angew.Chem. Int. Ed[Z].2011，50：2904-2939.

[12] X.Zhang， K. Huo， L. S. Hu， Z. W. Wu， P. K. Chu， J. Am. Ceram. Soc[Z].2010，93：2771-2778.

[13] 郭月秋，王进贤，董相廷，等.有金属材料与工程[Z].2010.

[14] R.Chandrasekar， L. F. Zhang ， J. Y. Howe， N. E. Hedin， Y. Zhang， H. Fong， J Mater Sci[Z].2009，44，1198-1205.

[15] Z.Y. Zhang， C. L. Shao， L. Zhang， X. H. Li， Y. C. Liu， Journal of Colloid and Interface Sciencep[Z].2010，351：57-62.

[16] Q.Z. Yu， M. Wang， H. Z. Chen， Materials Letters[Z].2010，64：428-430.

[17] S.Pavasupreea，Y.Suzukia，A. Kitiyanana， S.P. Artb， S. Yoshikawa， Journal of Solid State Chemistry[Z].2005，178：2152-2158.

[18] 李红，赵高凌，杨金坚，等.功能材料[Z]，2005.

[19] 王达，刘建敏，周曦亚.材料导报[Z].2011.

作者：黎旸 田寒 陈侃松

纳米材料研究进展论文 篇3：

纳米材料环境安全性研究进展

摘要：随着现代纳米技术在环境领域中的广泛应用，各种不同形式的纳米尺度物质对人类环境可能带来的潜在影响，逐渐引起相关领域研究工作者广泛关注。结合国内外最新文献报道，系统总结了目前有关纳米材料环境安全性研究方面的工作进展情况。

关键词：纳米材料；环境安全性

作者：杨　明　王德举　徐　芳