天津大学硕士研究生选题报告

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1、.....1、拟选课题国内、外的研究动态、水平、存在问题，并附主要参考文献：我国高岭土资源以成因类型齐全、储量丰富、质地优良闻名于世，高岭土是一种天然矿产，长期以来一直广泛应用于轻工、化工、建材、石油、医药、卫生等领域。目前，多数高岭土企业的现状是：规模较小、产量不大、产品质量不高，与美国、英国、巴西等国相比存在较大的差距。国内高岭土的深加工水平与经济效益与国际先进水平差距还很大，因此，开发高岭土深加工工艺显得尤为重要。功能材料的性质很大程度上取决于他们的微观结构，自从日本科学家S.Iijima教授于1991年发现碳纳米管(CNT)以来，一维纳米结

2、构材料更是引起了人们的广泛关注。纳米粒子因其尺寸达到分子、原子数量级，因而具有许多新的特性，如：量子尺寸效应、表面与界面效应、小尺寸效应等。其中，纳米管材料已在电子、光学催化、能量的存储和转运等领域展现出了良好的应用前景。我们知道，单根纳米线或纳米管在性能上各自具有特点，但就单根而言，其性能不足以具有明显的规律性，也不具备投入生产的实际价值。故很多研究者正努力寻求纳米管或纳米线能投入到实际生产中去的有效排列方式，在众多的排列方式中，阵列排列由于其独特的排列方式越来越吸引人们的兴趣。阵列具有明显的平行分布，各根纳米管能有效的集中在一起，同时对外界的激

3、发或作用产生效应，并且整体效应趋于一致，相互增强，从而具有比普通纳米管更优越的性质，广泛应用于激光器、传感器、数据存储、能量存储、智能仿生等领域。目前，国际上对高岭土纳米管制备的研究已相对成熟，将高岭土纳米管做成阵列对充分发挥纳米管的优势及开发高岭土深加工工艺具有重大的意义。目前，氧化物纳米阵列材料的制备方法主要有两种，硬模版法和软模板法，其中硬模版法是最常用的一种，通常采用定向多孔模板，然后通过化学沉积，最后除去模板来完成，人们使用最多的是阳极氧化铝模板法。氧化铝模板法具有以下特点:（1）实用性广，可以制备各种材料的阵列；（2）易调节性，可以通过

4、改变氧化铝模板的孔径大小来调节所制备的纳米阵列的直径；（3）分散性好，由于氧化铝模板的孔径大小基本一致，故所制备出的纳米材料也同样具有尺寸相同、单分散的纳米结构；（4）高有序性，使用模板法可以制备出高度有序的纳米阵列体系。学习参考.....软模板法是因为采用了表面活性剂的孔道，即中孔相，在表面活性剂提供的孔道中，对纳米材料的生长进行一定的导向作用，故能获得一定形状的纳米材料，该方法的优点在于操作简单、成本较低、条件温和等，并且能够充分使得反应物在分子孔道内进行，达到分子级水平的组合，但是该方法也有一定的缺陷，主要应为实验条件难以控制，合成的纳米级材

5、料的长径比与表面活性剂的浓度以及微乳液的分子尺寸有关系，所以导致合成理想的易控制的纳米材料存在较大的难度，尤其是对于合成纳米级的阵列材料而言，仍然存在着较大的挑战。因此，对于制备纳米材料或纳米阵列材料，目前使用最多最广的方法仍然是多空氧化铝模板法。模板法制备纳米材料的工作始于1970年，G.E.Possin等人利用高能离子轰击云母形成的孔隙中，制备出直径只有40nm的金属线，W.D.Williams等人在此基础上通过部分改进，成功制备出直径更小的Ag线。2001年美国科学家Grimes首次利用电化学阳极氧化的方法制备了TiO2纳米阵列材料,引起了人

6、们的极大关注。此后，Hsu等以(NH4)2TiF6为沉积液，H3BO3为氟离子消耗剂，在AAO模板的孔道中沉积出孔径为200nm的TiO2纳米管阵列；Yamanaka等则通过[TiF6]2-与AAO模板的反应，原位沉积出TiO2纳米管阵列；蒋武锋等为了克服AAO模板质脆易破、强度低、不利于后续操作的缺陷，以保留有铝基的AAO膜为模板，也成功制备出TiO2纳米管阵列。刘桂林等以多孔阳极氧化法为模板，并结合减压抽滤法制备了DyZO3纳米管阵列，并对其磁性能和荧光性能进行研究。本课题首次尝试用阳极氧化铝模板法将高岭土纳米管做成阵列，然后对高岭土纳米管阵列

7、进行改性，探究其是否有一些特殊的性能。主要参考文献：[1]Grimes,C.A.SynthesisandapplicationofhighlyorderedarraysofTiO2nanotubes[J].J.Mater.Chem.2007,17(15):1451–1457.[2]Hoyer,P.FormationofaTitaniumDioxideNanotubeArray[J].Langmuir,1996,12(6):1411–1413.[3]Michailowski,A.;Al-Mawlawi,D.;Cheng,G.S.;Moskovits,

8、M.Highlyregularanatasenanotubulearraysfabricatedinporousanodi