專利名稱：一種研究微納米鉬酸鋇八面體原位生長(zhǎng)過(guò)程的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)機(jī)功能納米材料原位生長(zhǎng)過(guò)程的研究，特別涉及一種采用高精 度、高靈敏度的RD496-2000微熱量計(jì)研究亞微米、納米級(jí)鉬酸鋇八面體原位生長(zhǎng)過(guò)程的方法。
背景技術(shù)：
納米材料為什么會(huì)生長(zhǎng)和如何生長(zhǎng)，生長(zhǎng)過(guò)程的規(guī)律和特征如何？采用什么方法 獲取納米材料生長(zhǎng)過(guò)程的信息，搞清楚納米材料生長(zhǎng)過(guò)程的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及其生長(zhǎng)機(jī)理， 總結(jié)納米材料生長(zhǎng)的特征和規(guī)律，給出科學(xué)合理的解釋，從而實(shí)現(xiàn)納米材料的可控生長(zhǎng)，進(jìn) 而達(dá)到結(jié)構(gòu)和物性的調(diào)控，一直是納米材料制備科學(xué)追求的目標(biāo)。目前，研究納米材料的生長(zhǎng)過(guò)程主要有以下幾種方法(1)用經(jīng)典的結(jié)晶動(dòng)力學(xué) 理論來(lái)研究納米材料生長(zhǎng)[Sugimoto T, Kimijima K. Journal of Physical Chemistry B. 2003;107;10753-9]，即在一定條件下對(duì)所合成的納米材料進(jìn)行終態(tài)(或中間態(tài))檢 測(cè)，表征形態(tài)、結(jié)構(gòu)、組成和物性，由檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，探索可控合成的生長(zhǎng)條件，研 究生長(zhǎng)機(jī)理和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)[郭敏，刁鵬，王新東，蔡生民.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào).2007 ；7 ； 735-8+749] ； (2)用電鏡原位研究納米材料生長(zhǎng)過(guò)程[a)Zhang XZ, Zhang JM, Chen L， Xu J, You L P, Yu DP.AppliedPhyscis A =Materials Science&Processing. 2008 ;92 ; 669-672. b)Stach FA, Pauzuskie PJ, Kuykendall Τ, Goldberger J, He RR, Yang PD. Nano Letters. 2003 ；3 ；867-9. c)Radisic A,VereeckenPM,Hannon JB,Searson PC,Rss FM. Nano Letters. 2006 ；6 ；238-42. d) Chou YC, Wu WW, ChengSL, Yoo B-Y, Myung N, Chen LJ, Tu KN. Nano Letters. 2008 ；8 ；2194-9. ] ； (3)用掃描隧道顯微鏡實(shí)時(shí)觀測(cè)納米材料生長(zhǎng)[a) Skutnik PD, Sgarlata A, Nufris S, Motta N, Balzarotti A. PhysicalReview B. 2004 ； 69 ；201309. b)Zell CA, Freyland W. Langmuir. 2003 ；19 ；7445-50. ] ； (4)用橢圓偏振診斷 技術(shù)對(duì)納米材料的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、性質(zhì)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)[Logothetidis S，Gioti M，Patsalas P. Diamond and Related Materials. 2001 ；10 ；117-24. ] ； (5)用同位加速器 X 射線吸收原 位觀測(cè)納米結(jié)構(gòu)成核以及生長(zhǎng)過(guò)程[Lngham B, Llly BN, Ryan MP. Journal of Physical Chemistry C. 2008 ；112 ；2820-4. ] ； (6)用紫外光譜(UV)吸收對(duì)納米簇生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行實(shí) 時(shí)在線動(dòng)力學(xué)石if究[Mercado L, Castro W, Vicuiia Ε, Briano JG, Ishikawa Y, Irizarry R, SolaL, Castro ME. International Conference on Computational Nanoscience and Nanotechnology-ICCN. 2002 ；439-42. ] ； (6)用石英晶體微天平結(jié)合原位X射線光電子能譜 對(duì)納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)速率進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)[Chelly R,fferckmann J,Angot T,Louis P,Bolmont D, Koulmann JJ. Thin SolidFilms. 1997 ；294 ；84-7.]。以上這些方法存在的問(wèn)題是不能用通常的生長(zhǎng)參數(shù)(溫度、濃度等)描述納米材 料非平衡生長(zhǎng)過(guò)程的瞬時(shí)變化動(dòng)態(tài)精細(xì)信息。即無(wú)法用通常的某種參數(shù)跟蹤描述納米材 料生長(zhǎng)的全過(guò)程，包括化學(xué)反應(yīng)、成核生長(zhǎng)和形貌演化的熱力學(xué)信息、動(dòng)力學(xué)信息及生長(zhǎng)機(jī) 理，無(wú)法說(shuō)明生長(zhǎng)過(guò)程的不同與最終形貌不同的必然聯(lián)系，在很多情況下對(duì)生長(zhǎng)機(jī)理的解釋只是推測(cè)的結(jié)果。如用XRD研究納米粒子的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，僅對(duì)球形粒子適用而且不能同 步跟蹤；電鏡原位研究納米材料生長(zhǎng)是在電鏡監(jiān)測(cè)所需要的特殊條件下進(jìn)行的，與通常納 米材料的生長(zhǎng)實(shí)際環(huán)境完全不同，不能夠應(yīng)用于普遍的納米材料生長(zhǎng)過(guò)程研究。另外，原位 電鏡法雖然能直觀觀察納米材料的生長(zhǎng)演變過(guò)程，但仍然不能獲得納米材料非平衡生長(zhǎng)過(guò) 程中粒子間相互作用的熱力學(xué)信息和動(dòng)力學(xué)信息；用掃描隧道顯微鏡能從原子、分子水平 上進(jìn)行納米材料生長(zhǎng)機(jī)理的研究，也不能獲得納米材料生長(zhǎng)過(guò)程中粒子間相互作用的熱力 學(xué)信息和動(dòng)力學(xué)信息，另外，所需設(shè)備昂貴、條件苛刻，不能用于通常條件下的納米材料生 長(zhǎng)過(guò)程研究。

發(fā)明內(nèi)容
采用高精度、高靈敏度的RD496-2000微熱量計(jì)對(duì)反微乳液法制得的亞微米、納米 級(jí)鉬酸鋇八面體的原位生長(zhǎng)進(jìn)行研究，獲得微納米材料從反應(yīng)、成核、晶體生長(zhǎng)、形貌演變 過(guò)程的熱譜曲線。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)將兩種反應(yīng)物分別置于自制規(guī)格的玻璃內(nèi)、外套管中，在RD496-2000微熱量計(jì)中 反應(yīng)，由儀器記錄反應(yīng)全過(guò)程的熱譜曲線，結(jié)合產(chǎn)物的電鏡圖片研究微納米材料的原位生 長(zhǎng)機(jī)理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1、本發(fā)明中的亞微米、納米級(jí)鉬酸鋇八面體原位生長(zhǎng)研究采用的是微量熱法，該 方法能自動(dòng)化地在線監(jiān)測(cè)體系變化過(guò)程，能同時(shí)提供過(guò)程熱力學(xué)信息和動(dòng)力學(xué)信息。2、本發(fā)明在RD496-2000微熱量計(jì)中進(jìn)行，該儀器能精確檢測(cè)納瓦(nW)級(jí)的熱功 率和10勹量級(jí)的能量變化；可控溫度可達(dá)10_4 10_5°C，能高精度精細(xì)地控制納米體系的 環(huán)境條件；對(duì)體系的溶劑性質(zhì)、光譜性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)等沒(méi)有任何條件限制。3、本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于其他無(wú)機(jī)功能材料原位生長(zhǎng)過(guò)程的研究。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，實(shí)施例的描述僅為便于理解本發(fā) 明，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)的限制。實(shí)施例11)、取原料3. 2mL烷基聚氧乙烯(10)醚、2mL正辛醇、IOmL環(huán)己烷分別加入50mL燒 杯中，將混合液置恒溫磁力攪拌器上攪拌至均一透明，緩慢加入0. SmL 0. 05mol/L的BaCl2 水溶液，封住燒杯口繼續(xù)磁力攪拌30分鐘，即制得水溶液物質(zhì)的量與烷基聚氧乙烯(10)醚 物質(zhì)的量的比值ω為10的BaCl2微乳液，記為微乳液Α。以相同方法制得Na2MoO4微乳液， 記為微乳液B。2)、取ImL微乳液A裝入直徑1. 0cm、高4. 5cm的小玻璃樣品池，取ImL微乳液B裝 入直徑1. 2cm、高6. 5cm的大玻璃樣品池，將小樣品池套入大樣品池中，再將大樣品池放入 不銹鋼反應(yīng)池中，然后將不銹鋼反應(yīng)池放入RD496-2000微熱量計(jì)中，待基線穩(wěn)定后將小樣 品池捅破使微乳液A與微乳液B混合，設(shè)定25°C，樣品在量熱儀中反應(yīng)33000秒，通過(guò)微量 熱計(jì)記錄熱電勢(shì)的變化，獲取納米級(jí)BaMoO4八面體原位生長(zhǎng)的熱譜曲線；
3)將得到的自色沉淀離心分離，用丙酮、無(wú)水乙醇和蒸餾水多次洗滌，再利用電鏡 技術(shù)進(jìn)行表征；4)、將得到的納米級(jí)BaMoO4顆粒的電鏡圖片與熱譜曲線進(jìn)行結(jié)合，研究其生長(zhǎng)機(jī)理。實(shí)施例21)、取原料3. 2mL烷基聚氧乙烯(10)醚、2mL正辛醇、IOmL環(huán)己烷分別加入50mL燒 杯中，將混合液置恒溫磁力攪拌器上攪拌至均一透明，緩慢加入1. 2mL 0. 05mol/L的BaCl2 水溶液，封住燒杯口繼續(xù)磁力攪拌30分鐘，即制得水溶液物質(zhì)的量與烷基聚氧乙烯(10)醚 物質(zhì)的量的比值ω為20的BaCl2微乳液，記為微乳液Α。以相同的方法制得BaCl2微乳液， 記為微乳液B。2)、取ImL微乳液C裝入直徑1. 0cm、高4. 5cm的小玻璃樣品池，取ImL微乳液D裝 入直徑1. 2cm、高6. 5cm的大玻璃樣品池，將小樣品池套入大樣品池中，再將大樣品池放入 不銹鋼反應(yīng)池中，然后將不銹鋼反應(yīng)池放入RD496-2000微熱量計(jì)中，待基線穩(wěn)定后將小樣 品池捅破使微乳液C與微乳液D混合，設(shè)定25°C，使樣品在量熱儀中反應(yīng)26500秒，通過(guò)微 量熱計(jì)記錄熱電勢(shì)的變化，獲取亞微米級(jí)BaMoO4八面體原位生長(zhǎng)的熱譜曲線；3)、將得到的白色沉淀離心分離，用丙酮、無(wú)水乙醇和蒸餾水多次洗滌，再利用電 鏡技術(shù)進(jìn)行表征；4)、將得到的亞微米級(jí)BaMoO4顆粒的電鏡圖片與熱譜曲線進(jìn)行結(jié)合，研究其生長(zhǎng)機(jī)理。


圖1為本發(fā)明實(shí)施原位生長(zhǎng)研究使用的自行研制的不銹鋼反應(yīng)池、大樣品池和小 樣品池的照片；圖加為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鉬酸鈉顆粒的掃描電鏡圖；圖2b為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鉬酸鈉顆粒的顆粒粒度分析圖；圖2c為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鉬酸鈉顆粒的透射電鏡圖；圖2d為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鉬酸鈉顆粒的高分辨率透射照片及規(guī)則衍射斑點(diǎn)。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1獲取的熱譜曲線圖；圖如為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鉬酸鈉顆粒的低倍場(chǎng)發(fā)射掃描照片；圖4b為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鉬酸鈉顆粒的高倍掃描照片；圖如為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鉬酸鈉顆粒的XRD圖片；圖4d為本發(fā)明實(shí)施例2制備的鉬酸鈉顆粒的結(jié)構(gòu)模型圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例2獲取的熱譜曲線圖。
權(quán)利要求
一種研究微納米級(jí)鉬酸鋇八面體原位生長(zhǎng)過(guò)程的新方法，其特征為
1.該方法是采用高精度、高靈敏度的RD496-2000微熱量計(jì)對(duì)納米、亞微米級(jí)鉬酸鋇八 面體的原位生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)；獲取鉬酸鋇納米、微米級(jí)八面體成核、生長(zhǎng)、形態(tài) 演變過(guò)程的熱動(dòng)力學(xué)信息；
2.與電鏡表征技術(shù)相結(jié)合，研究納米、亞微米級(jí)鉬酸鋇八面體生長(zhǎng)過(guò)程的熱動(dòng)力學(xué)和 生長(zhǎng)機(jī)理；
3.根據(jù)權(quán)利要求1，該方法的研究對(duì)象是由反相微乳液法合成微納米級(jí)鉬酸鋇八面體 的原位生長(zhǎng)過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明采用微量熱法對(duì)微納鉬酸鋇八面體原位生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行了研究，該方法選用烷基聚氧乙烯(10)醚、環(huán)己烷、正辛醇和Na2MoO4水溶液及BaMoO4水溶液，制備成均勻透明的Na2MoO4的微乳液和BaMoO4的微乳液，取Na2MoO4的微乳液1mL裝入直徑1.0cm、高4.5cm的小玻璃樣品池，BaMoO4的微乳液1mL裝入直徑1.2cm、高6.5cm的大玻璃樣品池，大、小樣品池嵌套后放入RD496-2000微熱量計(jì)中，待基線穩(wěn)定后將小樣品池捅破，通過(guò)微熱量計(jì)實(shí)時(shí)記錄熱電勢(shì)的變化來(lái)獲取鉬酸鈉生長(zhǎng)過(guò)程的熱動(dòng)力學(xué)信息，與電鏡表征技術(shù)相結(jié)合，從而研究其生長(zhǎng)過(guò)程的熱動(dòng)力學(xué)和生長(zhǎng)機(jī)理。
文檔編號(hào)G01N25/20GK102135510SQ20101059916
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者王騰輝, 王路得, 譚學(xué)才, 郭云霄, 黃在銀 申請(qǐng)人:廣西民族大學(xué)