介电泳对TiO2等无机纳米微粒操控定位及制备的研究.pdf

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1、摘要综述了介电泳技术的发展历程及其在各个领域的研究和应用情况。详细介绍了该技术在无机方面的研究进展和优势。对目前的分离、操控的方法及Ti02制备方法进行了简单介绍。较为详尽的阐释了介电泳理论的定义、各物理参数在交变电场中对介电力的影响等。利用优化后的介电泳宏观研究装置，对稀土等无机氧化物微粒介电响应以及其捕获分离做了初步的研究；首次将介电泳和溶胶．凝胶法、溶胶法结合，探索了介电泳电压、频率等因素对Ti02晶体生长的影响；白行设计了介电泳微阵列电极芯片，组装了显微静态介电泳研究系统；对氧化物的操控定位以及影响因素和机理进行了系统

2、的研究。通过一系列实验得出如下结论：1．宏观条件下氧化物微粒的介电捕获规律及影响因素(1)介电泳现象：空心微球、氧化镧、氧化铈和氧化镝均发生了负介电泳现象。(2)电压：介电场中捕获无机氧化物微粒的数量随着电压的升高而增多。(3)介电泳时问：介电泳时间越长，电极对无机氧化物微粒捕获的越多。(4)流量：流量越低，介电泳捕获效果越明显；(5)悬浮液浓度：悬浮液初始浓度越大，介电泳捕获效率越高。不同氧化物的介电响应条件有较大的差异，因此可控制电压、流量等条件实现不同氧化物的分离。2．介电泳／凝胶．溶胶法制备Ti02(1)首次将介电泳技

3、术和晶体制备相结合，在介电泳的作用下，可以促使Ti02晶体从凝胶中形成；(2)当介电泳采用直流电时，所制备Ti02晶体的粒径随电压的升高先增大后变小；(3)当介电泳采用交流电时，当频率一定时，粒径随电压的增大而增大；当电压一定时，频率越高粒径越小；(4)通过控制条件，可控制不同晶型的比例；(5)在一定非均匀电场条件下，Ti02可生长为粒径均一的晶体。可通过电压、频率等因素控制Ti02晶体的粒径和晶型。3．介电泳／溶胶法制备Ti02晶体(1)首次将介电泳技术和晶体制备相结合，在介电泳力的作用下，可以促使Ti02晶体从溶胶中形成；

4、(2)用介电泳／溶胶法制备纳米Ti02所得到的晶体中，不仅出现了锐钛矿的特征峰，还出现了少见的板钛矿的特征峰；(3)煅烧可使纳米Ti02晶体的粒径增大，并且板钛矿的特征峰全部消失，所得样品为纯锐钛矿；(4)直流条件下，未煅烧的Ti02晶体的粒径随着直流电压的升高先增大后减小又逐渐增大，煅烧后Ti02晶体的粒径随着直流电压的升l呲呲吣帆㈣眦帆帆帆Y2137489高呈现先增大后减小的趋势，且煅烧后Ti02晶体粒径的最大值均出现在2～3V范围内。因此可通过介电泳技术控制Ti02晶粒的尺寸。(5)介电泳力可以促使溶胶法制备的Ti02沿

5、垂直于电极方向生长。4．显微条件下无机氧化物微粒的介电操控定位及规律(1)所研制的介电泳芯片能够用于研究多种氧化物微粒在纯水介质中的介电响应；二氧化钛在介质水中发生正介电泳现象；而空心微球、二氧化硅微球均发生负介电泳现象；(2)频率对氧化物微粒的定位位置产生影响，可通过改变频率实现对氧化物微粒的定位；(3)介电泳时间对纳米Ti02富集效果有影响，随介电泳时间增加，富集效果先增加后降低；(4)电极间距对氧化物定位产生影响，当电极间距增大时，可在电极问使空心微球富集；(5)电极构型对纳米Ti02的定位有影响，并且在特定的电极结构中

6、，成功的实现了纳米Ti02材料在电极间的跨接。关键词：介电泳，无机氧化物，Ti02，捕获，操控ABSTRACTThispapersummarizesdevelopmentofthedielectrophoresistechnologyanditsapplicationinallfields．Furthermore，itintroducestheprogressandadvantagesofDEPtechnologyinresearchforinorganicparticlesindetail．Moreover，itreport

7、sthemethodsofseparation，manipulationandpreparationTi02atthepresenttime．ThenthetheoryofDEPiselaborated．Intheoptimizeddielectrophoresismacro—device，DEPresponcesandDEPtrappingseparationoftherareearthandotherinorganicoxideparticlesareinvestigated．Inaddition，Theinfluence

8、ofTi02crystalgrowthisdiscussedbyCombiningsol—gelprocessingandcolloidalchemistrymethodwithdielectrophoresisforthefirsttime．Then，dielectroph