納米材料及表征

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1、淺談納米二氧化鈦及表征劉林(攀枝花學(xué)院四川)【摘要】：本文簡要介紹了納米二氧化鈦的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、表征及其測量方法?！娟P(guān)鍵字】：納米二氧化鈦結(jié)構(gòu)性質(zhì)表征前言二氧化鈦（TiO2），俗稱鈦白粉，是僅次于合成氨和磷酸的世界無機(jī)化工產(chǎn)品匯總銷售量第三的產(chǎn)品。在化工生產(chǎn)領(lǐng)域占據(jù)著極其重要的地位。目前全球二氧化鈦市場銷售量已近400萬噸，二氧化鈦的消費(fèi)60%用于涂料，16%用于塑料，14%用于造紙，3%用于印刷油墨，7%用于其它（如陶瓷、化妝品、醫(yī)藥等）。納米二氧化鈦一般是指特征維度尺寸在納米數(shù)量級的二氧化鈦顆粒，它具有比表面積大、磁性強(qiáng)、光吸收性好、表面活性大、熱導(dǎo)性好、分散性好等性能，因而備受

2、國內(nèi)外研究學(xué)者的關(guān)注。納米二氧化鈦在環(huán)保、建筑、醫(yī)藥、化妝品、多功能材料、抗菌劑等諸多方面均有重要用途。納米二氧化鈦由于對紫外光有著很好的屏蔽能力，可用于制造化妝品和包裝材料，制作多種消毒、防臭和水果保鮮用品；由于其分散性好、不沉降可用于高檔油墨[1、2]。1納米TiO21.1納米TiO2的結(jié)構(gòu)納米二氧化鈦有三種晶體結(jié)構(gòu)，即銳鈦礦、金紅石及板鈦礦。它們組成結(jié)構(gòu)的基本單位是TiO6八面體，銳鈦礦機(jī)構(gòu)由TiO6八面體通過共邊組成，而金紅石和板鈦礦結(jié)構(gòu)則由TiO6八面體共頂點(diǎn)且共邊組成。金紅石的結(jié)構(gòu)式建立在由O的密堆上，盡管它的晶體結(jié)構(gòu)不是一種密堆積方式。板鈦礦的結(jié)構(gòu)是由O密堆積而成的，

3、Ti原子處于八面體的中心位，不同于金紅石結(jié)構(gòu)。板鈦礦中的TiO6八面體對于理想的八面體也稍微有變形，這一點(diǎn)與金紅石型的結(jié)構(gòu)類似。其中金紅石型和銳鈦礦型TiO2均具有光催化活性，尤其以銳鈦礦型光催化活性最佳。TiO2分子極性很強(qiáng)，強(qiáng)極性使TiO6表面吸附水分子使水分子極化而形成羥基。這種表面羥基的特殊結(jié)構(gòu)使其表面改性成為可能，作為廣義堿與改性劑結(jié)合從而完成表面改性[3]。1.2納米TiO2的性質(zhì)[4]（1）高穩(wěn)定性。超細(xì)二氧化鈦熔點(diǎn)大于18000C，熱分解溫度大于20000C,具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、耐候性、耐化學(xué)腐蝕性。（2）光催化性和無毒性。納米二氧化鈦利用自然光、常溫、

4、常壓、即可催化分解細(xì)菌和污染物，且能長期有利于生態(tài)自然環(huán)境，其中用于分解肺水中有機(jī)物的報(bào)道最多。（3）透明性和顏色效應(yīng)。普通太白粉有一定的吸收紫外線能力，超細(xì)二氧化鈦沒有遮蓋力，因而稱為透“二氧化鈦”。納米二氧化鈦的質(zhì)點(diǎn)很小又很透明性，還能大量阻隔紫外線，從而產(chǎn)生顏色效應(yīng)。2納米二氧化鈦的表征2.1TiO2紅外光譜表征紅外用于對納米二氧化鈦的鑒定和結(jié)構(gòu)分析。二氧化鈦溶膠的紅外光圖譜如圖2-1和圖2-2所示，3400cm-1附近是OHˉ基團(tuán)伸縮振動(dòng)的吸收峰，與游離水（毛細(xì)孔水和表面吸附水）有關(guān)，從室溫的3378.22cm-1位移到1000C熱處理的3385.56cm-1,3000C熱

5、處理的3423.26cm-1（室溫）、1650.22cm-1（3000C）是H—O—H鏈之間的彎曲振動(dòng)的吸收峰，與化學(xué)吸附水有關(guān)，到了5000C以后峰消失，說明化學(xué)吸附水也失掉了。圖2-11000C、3000C退火樣品的紅外光譜圖圖2-2不同退火溫度樣品的紅外光譜圖2920.50cm-1和2858.20cm-1（室溫）是—CH2—形成的非對稱伸縮和對稱伸縮吸收雙峰，1000C為2850.24cm-1,3000C則為2923.79cm-1；1458cm-1、1371.88cm-1（室溫）和1451.84cm-1（1000C）是CH3和CH2的基團(tuán)C—H鏈彎曲振動(dòng)的吸收峰；1074.6

6、4cm-1和1076.79cm-1是C—C—O向外伸縮吸收峰；912.05cm-1是C—C—O的向內(nèi)伸縮吸收峰；這些有機(jī)基團(tuán)在5000C完全消失，只剩下TiO2的吸收峰。700~400cm-1區(qū)域?yàn)門i—O鍵的紅外吸收區(qū)域。隨著熱處理溫度提高，700~400cm-1間的寬峰峰形逐漸銳化，表明分體的粒徑逐漸增大，由室溫的523.91cm-1降到513.69cm-1，發(fā)生了位移，應(yīng)為納米粒子的小尺寸效應(yīng)引起的。7000C時(shí)為519.14cm-1，從XRD分析此時(shí)為金紅石結(jié)構(gòu)，應(yīng)為金紅石相的特征吸收峰。3000C時(shí)于448.78cm-1處分裂出一小峰，5000C變?yōu)槊黠@的雙峰，為418.

7、10cm-1和408.08cm-1處，408.08cm-1時(shí)此峰課斷定納米晶已向金紅石相發(fā)生了轉(zhuǎn)變[5]。7000C時(shí)此峰強(qiáng)度增大，可以此處的出峰情況作為考查向金紅石相轉(zhuǎn)變情況的手段。2.2TiO2紫外—可見光譜表征用紫外可見分光光度計(jì)測定薄膜樣品的光吸收范圍和吸收極限。圖2-3為不同溫度處理的二氧化鈦薄膜紫外分析圖，樣品在不同溫度煅燒下顯示出不同的最大吸收光度。在3000C有較弱吸收，此溫度下TiO2為無定型結(jié)構(gòu)，Ti—O—C對紫外沒有吸收但有散射，另外有些沒有蒸發(fā)