纳米铜及其氧化物的制备与性能研究

【摘要】铜系纳米材料因其原料低廉的价格、稳定的性能及所展现出的特殊物理化学性质，在催化、电子、抗菌、润滑剂等领域都有着广泛的应用，倍受科研工作者们的关注。其中，铜纳米金属材料具有良好的导电性和低的电子迁移率，被广泛的用于电子工业中作为导电涂料、导电线路材料及电极材料。特别是在柔性电子技术中，使用纳米金属铜作为导电浆料，用于在柔性和可延展性基板上电子线路的印制，纳米铜导线表现出了独特的可柔性和高的导电稳定性。因此，纳米铜的可控制备及应用日益受到科研工作者们的重视。纳米铜属高对称的面心立方晶体结构，在现有的文献报道中，多为纳米颗粒状的铜材料，其一维纳米结构和二维纳米结构的制备非常困难。针对目前二维铜纳米材料制备技术中的不足，我们使用水热法得到了大面积的二维铜纳米片材料。另外，还对得到的铜纳米片进行了纳米银的包覆处理，包覆后的纳米材料在高温等特殊条件下，具有高的热稳定性，可以很好地填补了铜热稳定性不足的缺点。纳米氧化亚铜作为一种典型的p型半导体材料，是少有的能在可见光区吸收并激发电子的金属氧化物半导体。纳米材料的形貌和结构对其性质与应用有着重要的影响，因此能够制备形貌可调控的纳米氧化亚铜材料对其在不同方面的应用有着重要的意义。本论文在温和的条件下，通过水热法成功的制备了大面积自组装铜纳米片，研究了不同反应时间、不同铜盐、PVP的使用等条件对于铜纳米片形貌的影响，提出了其合理的生长机理。另外，我们还使用化学还原法，制备了不同形貌的纳米氧化亚铜颗粒，并对其晶体生长的条件等影响因素进行了探究。本论文的主要结论如下：1.使用水热还原法，在温和的条件下，自组装形成了大面积铜纳米片，并以铜纳米片为导电填料制备了导电墨水并设计制作了简单的柔性电路。实验研究了不同铜源、PVP含量和反应时间对铜纳米片形貌和结构的影响。测试了导电墨水的可书写性、柔性导线的弯折性和导电的稳定性等性能。探究了在弯曲条件下，导线内部微观结构的变化。铜纳米片是通过自组装形成的，铜颗粒沿其<111>方向生长并组装形成大面积纳米片状物。铜纳米片的导电墨水有着良好的可书写性，能够印制出任何形状的导线。柔性导线内部具有的层状结构，使其在弯折时仍能保持高的导电稳定性。2.使用galvanic置换反应，在不同反应溶液中得到了银纳米粒子包覆的铜纳米片，并以银纳米片包覆的铜纳米片为导电填料制备了导电墨水并设计制作了简单的柔性电路。在水溶液中反应，可以得到片状结构的纳米银生长在铜纳米片的表面；在乙二醇溶液中反应，可以得到颗粒状纳米银在铜纳米片的表面生长。银纳米片包覆的铜纳米片的导电墨水有着良好的可书写性，柔性导线内部在保持铜相互堆叠形成的层状结构外，铜纳米片上生长的银纳米片还可以和不同层间的纳米铜相接触，并能与同平面上生长在其他纳米铜上的银纳米片相互接触，大大提高了导线弯曲时与其他片之间的接触作用，进一步提高了柔性导线的导电稳定性。两种材料都具有一定的抗氧化性能，在高温条件下，银包覆的铜纳米片的热稳定性能更好。3.通过简单的化学还原、水热法等成功的制备了八面体纳米氧化亚铜、立方体纳米氧化亚铜、空心球形纳米氧化亚铜和空心立方体纳米氧化亚铜材料。实验研究了不同因素对于氧化亚铜纳米粒子形貌的影响，测试了在光催化条件下，不同形貌的氧化亚铜纳米颗粒对甲基橙溶液的降解率。在可见光照射下，几种形貌的纳米氧化亚铜均具有良好的降解有机染料的效率。几种形貌的氧化亚铜对甲基橙的降解率次序为：八面体纳米氧化亚铜>空心球形貌的纳米氧化亚铜>空心立方体氧化亚铜。
【作者】党蕊；
【导师】刘咏松；董文钧；
【作者基本信息】浙江理工大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】铜纳米片；氧化亚铜；导电油墨；柔性电子；光催化；

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