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美国研发出可以严格控制外观和性质的“多毛”纳米棒

2016-10-18 278浏览 标签: 美国纳米
动态导读

纳米材料因为其不同于宏观材料的优异性质而备受材料界关注,碳纳米管,石墨烯等材料更是此类高新材料中的明星,具有各种优良的性质。而除了这些特别出众的材料,各类纳米棒,纳米片也有很多人对其进行研究。这类纳米材料只有做尺寸基本均一时才会有比较好的性质,因而对产品的外观进行控制进而做到性质可调是研究的重点。近日美国佐治亚理工学院就发出一种可以严格控制外观和性质的“多毛”纳米棒具有多种潜在用途。
研究内容

据佐治亚理工学院2016年9月15日讯,该校的材料学家开发了一种新的合成方法可以通过各种各样的前体制备均一的一维纳米棒。该反应系统基于一个纤维素骨架(cellulose backbone),依靠嵌段共聚物“手臂”的生长以形成 “隔间”作为纳米级微反应器,并以此作为模板引导各种无机纳米棒的生长。外层嵌段共聚物可防止纳米棒出现聚结。

此种纳米棒产品的结构就像是表面具有聚合物“刷毛”的瓶刷,纳米棒的长度范围为几百纳米到几微米,直径为几十纳米。该项新技术可以严格控制纳米棒的直径,长度和表面性质,而其光学,电学,磁学以及催化性质取决于其前体材料以及纳米棒的尺寸。

纳米棒本身不是新鲜事物,但是该项研究中使用的湿化学方法制备单分散无机纳米棒(例如钛酸钡和氧化铁)以及用两种不同材料结合起来形成高度均一的核壳型纳米棒的方法却从未见诸报道,研究人员认为他们的合成技术中使用的前体材料几乎没有限制。

该技术制备纳米棒首先要对纤维素进行功能化,每个纤维素单元上具有三个羟基,可以通过溴原子进行化学改性。溴化纤维素能够作为大分子引发剂用于嵌段共聚物“手臂”的生长,“手臂”长度的精确控制则可以通过原子转移自由基聚合(ATRP)过程以实现。而下一步就是在嵌段共聚物PAA(聚丙烯酸)“隔间”中引发反应前体的成核以及纳米棒的生长。嵌段共聚物“手臂”的密度以及刚性的纤维素骨架使得研究人员可以在阻止纳米棒产品聚结的同时保证其不发生弯曲。

图1 核壳型纳米棒制备过程图解


图2 使用该方法得到的碲化铅纳米棒的透射电镜(TEM)照片


研究意义

该项研究得到的生产纳米棒的方法可以应用于多种无机纳米棒的制备,具有很大的普适性。同时通过调整纳米棒的尺寸,外形,以及前体种类,可对产品的光学,电学,光电子学,催化学,磁学和传感学方面的性能进行设计,因此该项研究在学术上和产业上都有着很大影响,可以根据产业需要调整产品性质。此种产品的潜在应用包括光学器件,电子器件,光电器件,磁学器件,传感器材料,轻质结构材料,催化剂,药物传递以及生物纳米技术材料。



动态链接:http://www.news.gatech.edu/2016/09/15/uniform-hairy-nanorods-have-potential-energy-biomedical-applications#more_photos






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