功能型环境敏感材料氧化锡的制备与性能探究.doc

功能型环境敏感材料氧化锡的制备与性能研究 1、相关定义 1.1、多孔材料的定义与分类 表面积高的结构材料被称为多孔材料,多孔材 料是材料的一个重要组成部分,对我们的科研、生产具有重要作用。另外,多孔材 料中最重要的一种结构即为孔径结构,其他的重要物理参数,例如孔容、比表面积、 孔径的分布还有孔径大小均是了解多孔材料性能的参数,但是这些参数并不是自然 存在且不变的,而是可以通过各种的制备工艺、利用其它的制备方法、利用温度的 变化、表面活性剂的选择及酸碱度的调节等来控制。在对多孔材料的分析中研究孔 径大小,并且能根据其大小将多孔材料分为如下三大类: 表 1-1 多孔材料的分类 孔径大小(nm) 50 分类 微孔材料 介孔材料 大孔材料 多孔材料有许多重要的可以进行实际应用的特点,比如,其比表面积高但是相 对密度却较低、吸附性好并且质量很轻、能够很好地隔热隔音、渗透性相当好,从 而在吸附、分离、隔热、消音、还有过滤等方面有很多应用,可以屏蔽电磁波,在 化学方面进行反应催化和储蓄化学能,并且在各种生物工程方面有大量的实际应 用,在航空航天、电子通讯、交通、医疗、环保、冶金、机械、化工和石化工业等 与人类生活息息相关的产业方面有更广泛的应用。 1.2、纳米材料的基本概念 1.1.1 纳米材料的概念 纳米材料又称纳米结构材料,是指材料三维空间尺寸中至少有一维 处于纳米尺度范围(1-100 nm)或由它们作为基本结构单元所构成的新材 料。根据组成纳米材料的原子的排列有序程度及对称性,可把纳米材料 分为三类:长程有序的纳米晶态材料,短程有序的纳米非晶态材料,仅 有取向对称性的准晶态材料[3]。根据小颗粒的键合形式可以把纳米结构 材料可分为纳米金属结构材料,纳米离子导体材料,纳米半导体材料, 3 以及纳米陶瓷材料等。另外,根据空间维数还可以把纳米结构材料分为 三类:(1)零维,指空间内三维尺度均在纳米尺度范围内,如纳米颗粒、 原子团簇、人造超原子、纳米尺寸的孔洞等[4]。(2)一维,指在空间有 两维均处于纳米尺度内,如纳米带、纳米棒、纳米管、纳米线等[5];(3) 二维,指在三维空间中仅有一维在纳米尺度内,如纳米片、超薄膜、纳 米网、石墨烯等[6];另外因为这些单元往往具有量子性质,所以将零维、 一维和二维的基本结构单元又分别称为量子点、量子线和量子肼[7]。 1.3、纳米材料的概念 纳米材料的概念是在 20 世纪 80 年代末期由德国科学家 Gleiter 提出来的,是指颗粒 粒度小于 100 nm 的粉体材料[5]。 纳米颗粒也叫做超微颗粒,尺寸一般在 1~100 nm 间,这样的系统是一种的介观 系统,它拥有许多奇特有用特性,包括量子隧道效应、表面效应等,这使它的化 学、电学、光学等方面的性质和和尺寸较大的固体表现出明显的不同[6]。 1.4、荧光光谱的基本概念 许多物质分子吸收紫外、可见光后,可以从基态跃迁到激发态。激发态分子 富有能量,容易发生各种变化,一种是化学变化,即光化学反应包括,发荧光和 磷光。能显示荧光的分子一般具有生荧团,这样的分子具有较低的能量的激发态, 使用适当的装置可以得到相应物质的荧光光谱,从而对物质的结构和性质进行研 究。 根据量子理论,微观体系的内部运动一般是不连续的,它具有一系列的能级。 体系由某一能级向其他能级的转变称为跃迁。体系由高能级向低能级的跃迁伴随 着能量释放;反之,由低能级向高能级跃迁伴随着能量吸收。能量释放和吸收可 以以辐射的方式(放出或吸收光子)进行,成为辐射跃迁[31,32];或者以无辐射的方 式进行,如离子相互碰撞将激发所得的能量交给周围环境就是无辐射跃迁的例 子。全部能级间可能的辐射跃迁对应于一系列辐射频率,成为该物质的特有的光 谱。 荧光光谱包括激发谱和发射谱两种。激发谱是荧光物质在不同波长的激发光 作用下测得的某一波长处的荧光强度的变化情况,也就是不同波长的激发光的相 对效率;发射谱则是某一固定波长的激发光作用下荧光强度在不同波长处的分布 情况,也就是荧光中不同波长的光成分的相对强度。 同辐射发射和吸收相关联的除了原子和分子外,还有他们的周围的环境,如 聚集结构-如晶格结构、半导体中的电子空穴对等等。 6 第一章绪论 荧光现象涉及分子的激发和发射两种过程,荧光是他周围环境的检测器。因 而它能提供比吸收光谱更多的信息。 光具有波粒二象性,一种是电磁辐射,可用波长(λ)或频率(ν)表征: ν=c/λ (1-1) 式中,c 是光速,数值约为 3×108m/s。 光照射物质时,光主要表现粒子性,可能没有被吸收,也可能部分或全部被 吸收,后一种情况下,光能量在吸收过程中向物质分子转移。光的能量以光子为 单位,一个光子的能量可用式(1-2)表示: E=hv= h c/λ (1-2) 式