玻璃材料中铜纳米颗粒形成研究

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1、玻璃材料中铜纳米颗粒形成研究摘要含金属纳米颗粒的玻璃材料具有独特的光、电、磁、催化等性能，不仅在光学仪器制造、信息储存、光纤通讯、环保等领域有广泛的应用前景，而且对研究金属纳米颗粒的行为及形成机理有重要的学术价值。国内外研究集中于玻璃中银与金纳米颗粒的形成与性能，而对铜纳米颗粒形成的研究就很少。本研究致力于Si02-NazO．Cao系统玻璃中光热诱导铜纳米颗粒的形成，通过热处理技术及紫外线光热诱导法在玻璃中得到铜纳米颗粒。与Ag、Au相比，在相同的玻璃基体及光热诱导条件下无法得到Cu纳米颗粒。因为Cu+与玻璃结构结合牢固使得活性小，缺少流动性。通过适当改变玻璃中网络形成体

2、与调节剂的比例关系是能够改变网络结构取向，可以调节Cu+离子在玻璃中的活性。以72％S102、8％CaO、20％Na20为基础组分的玻璃，通过另加入约1．0％的还原剂SnO、1．2％的着色剂Cu20和1．O％左右的超细活性炭，可以制得含有Cu+的无色透明玻璃。该玻璃可以利用热处理技术及紫外线光热诱导法在玻璃中得到铜纳米颗粒。着色剂以Cu20效果最好，加入量在O．8％以上比较合适。该样品热处理铜纳米颗粒析出的临界温度值玻璃材料中铜纳米颗粒形成研究480℃附近，随热处理温度的升高与时间的增加，玻璃内部析出的铜纳米颗粒尺寸和数量都增大。经过紫外线的诱导，热处理铜纳米颗粒析出的临

3、界值可以在比未光照样品低20。C左右。在玻璃中加入0．08％的Ce02，能够加强玻璃的对紫外光诱导敏感性。玻璃中Cu20含量的增加，会促进紫外线光热诱导玻璃中纳米铜颗粒的生成。强紫外线照射有利于纳米铜的析出；照射时间越长，越有利于玻璃中铜纳米颗粒的形成。在高于铜纳米颗粒析出的临界温度进行热处理，经紫外线光照的铜纳米颗粒形成明显要比未光照样品要快；在相同的热处理条件下，紫外线光照样品比未照射样品形成更多的铜纳米颗粒。紫外线光热诱导析出的铜纳米颗粒在室温下长期稳定。铜纳米颗粒生成机理是紫外线与玻璃的相互作用，Cu+受紫外线诱导还原而得到铜原子，铜原子在随后的热处理过程中扩散、

4、聚集长大成铜纳米颗粒。关键词：玻璃，铜纳米颗粒，紫外线，热处理，光热诱导浙江丁业大学硕士论文COPPERNANOCLUSTERSFORMATIONINGLASSABSTACTIntroducingmetallicnanoclustersintoglasshasbeenusedforfabricatingopticaldevices，informationstorage，opticalwaveguide，etc．，duetoitsuniqueperformancesinoptics，electricity，andmagnetism．Suchmaterialsalsoprov

5、ideagoodcarriertoinvestigatethemetallicnanoclustersformationmechanism．Moststudiesfocusedontheformationofsilverorgoldnanoclustersinglass；however，thebehaviorofcopperinglassisnotclearlyunderstoodyet．Recently，photo—irradiationinducedmetallicnanoclustersinglassisarapidlydevelopingtechnology,an

6、dAuorAgnanoclustershavebeenformed．ButitisdimculttoformCunanoclustersbecauseofthecomplicacyofCuelectronconfiguration．ItisthekeyissuetoimprovetheactivationofCu+inglass．Afteradjustmentoftheglassnetworkformerandmodifiers，activableCu+inglasscouldbeobtained．Y-Glasswithbasiccomponentof72％Si02—8％

7、CaO-200／oNa20(wt)hasbeenselectedinthisstudy．Afteraddingmore1．O％SnO，1．2％Cu20and1．O％carboninaboveY-Glass，acolorlessandtransparentglasswithmore玻璃材料中铜纳米颗粒形成研究activableCu+andlessCu2+wasobtained．Thesamplecouldformcoppernanoclustersonlyafterheattreatmentatthecriticaltemper