二维纳米钼化合物及其功能复合材料的制备与性能研究

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1、国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文二维纳米钼化合物及其功能复合材料的制备与性能研究硕士研究生：何亚飞导师：王荣国教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB332U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONPREPARATIONANDPROPERTIESOFTHEMOLYBDENUMCOMP

2、OUNDNANOSHEETSANDTHEIRFUNCTIONALMATERIALSCandidate：HeYafeiSupervisor：Prof.WangRongguoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialScienceAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTech

3、nology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要二维纳米材料具有原子或分子的厚度。与块状材料相比，它能够展现出一些优异独特的性质，具有巨大的功能应用潜力。不同于石墨烯的导电性，二维纳米钼化合物是具有很大应用前景的半导体材料。本文研究了两种二维纳米钼化合物：MoS2纳米片和MoO3-x纳米片。MoS2纳米片与块状材料相比，由间接带隙转为直接带隙，这种改变使其对电、磁、光等能产生一些特异的反应。MoO3-x纳米片具有普通半导体不具备的可调制的局域表面等离子共振效应(LSPR)，这使其在电学和光学领域能够产生极大的应用潜力。

4、本文制备了MoS2纳米片、MoO3-x纳米片及其增强聚合物基功能复合材料，并探究了它们所具有的新型功能特点。一是利用MoS2纳米片荧光信号会随其产生的应变出现变化的特点，通过测试MoS2纳米片/聚合物复合材料荧光信号的变化，达到非接触式测量这类复合材料应变的功能。二是利用MoO3-x纳米片可调的LSPR效应，制备了具有可调LSPR效应的三维块状复合材料。采用高速剪切工艺对普通液相超声分散进行了优化，以MoS2块状材料为原料、化学性质稳定的NMP为分散溶剂，剥离分散制备了MoS2纳米片悬浮液。对该悬浮液进行了紫外-可见

5、吸光光谱、荧光光谱的表征。结果显示高速剪切优化法制备的MoS2纳米片悬浮液具有更强的吸光性能和荧光性能，表明该法具有明显的优化效果。对悬浮液中的MoS2纳米片进行了荧光光谱、Raman光谱和微观形貌分析。结果显示：MoS2纳米片的荧光信号明显增强，主峰位置在652nm，对应带隙宽度为1.9eV；其Raman光谱的两个特征峰的间距变小；大部分MoS2纳米片的平面尺寸在几百纳米到几微米，厚度约为几纳米。利用共混法和Layer-by-Layer(LBL)法分别制备了MoS2纳米片/epoxy和MoS2纳米片/TPU复合材料

6、，对其进行了荧光光谱、力学性能和微观形貌的表征。研究与讨论了不同聚合物基体、不同制备方法对基于MoS2纳米片的聚合物基复合材料性能的影响。结果显示：这两类复合材料均具有明显的荧光信号，表明这两类聚合物不会影响MoS2纳米片的带隙结构；因为环氧树脂脆性较大，且MoS2纳米片在其中无序排列，导致MoS2纳米片/epoxy的荧光信号并没有随应力发生明显变化，但因为MoS2纳米片韧性较好及其对环氧树脂弥散强化的缘故，MoS2纳米片/epoxy的韧性得到提升；LBL法在制备MoS2纳米片/TPU时可以使MoS2纳米片平铺在弹性

7、优异的TPU中，当多次旋涂制备MoS2纳米片薄层时，MoS2纳米片/TPU的荧光信号能够随其产生的应变而发生变化。-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文采用高速剪切法，以MoS2块状材料为原料、化学反应活性较高的乙醇/水溶液为分散溶剂，制备了MoO3-x纳米片悬浮液。反应原理是：高速剪切先引起MoS2纳米片从块状材料上剥离分散；接着引起水分子产生强氧化性的OH*自由基，将MoS2纳米片氧化为MoO3纳米片；然后乙醇将MoO3纳米片还原，溶液中存在的H原子插层进入MoO3纳米片层间，生成MoO3-x纳米片。对该悬浮液进行

8、了LSPR光谱的测试，结果表明这种悬浮液具有明显的LSPR效应，LSPR峰值位于可见光或近红外波段。紫外线辐射能够促使更多的H原子插层进入MoO3-x纳米片当中，对MoO3-x纳米片悬浮液的LSPR光谱进行调制。对悬浮中的MoO3-x纳米片及相关物质进行了微观形貌、XPS能谱和Raman光谱的表征与分析。微观形貌显示MoO3-x纳米片的平面尺寸