专利名称：一种研究微纳米钼酸钡八面体原位生长过程的方法
技术领域：
本发明涉及一种无机功能纳米材料原位生长过程的研究，特别涉及一种采用高精 度、高灵敏度的RD496-2000微热量计研究亚微米、纳米级钼酸钡八面体原位生长过程的方法。
背景技术：
纳米材料为什么会生长和如何生长，生长过程的规律和特征如何？采用什么方法 获取纳米材料生长过程的信息，搞清楚纳米材料生长过程的热力学、动力学及其生长机理， 总结纳米材料生长的特征和规律，给出科学合理的解释，从而实现纳米材料的可控生长，进 而达到结构和物性的调控，一直是纳米材料制备科学追求的目标。目前，研究纳米材料的生长过程主要有以下几种方法(1)用经典的结晶动力学 理论来研究纳米材料生长[Sugimoto T, Kimijima K. Journal of Physical Chemistry B. 2003;107;10753-9]，即在一定条件下对所合成的纳米材料进行终态(或中间态)检 测，表征形态、结构、组成和物性，由检测结果进行分析，探索可控合成的生长条件，研 究生长机理和生长动力学[郭敏，刁鹏，王新东，蔡生民.北京科技大学学报.2007 ；7 ； 735-8+749] ； (2)用电镜原位研究纳米材料生长过程[a)Zhang XZ, Zhang JM, Chen L， Xu J, You L P, Yu DP.AppliedPhyscis A =Materials Science&Processing. 2008 ;92 ; 669-672. b)Stach FA, Pauzuskie PJ, Kuykendall Τ, Goldberger J, He RR, Yang PD. Nano Letters. 2003 ；3 ；867-9. c)Radisic A,VereeckenPM,Hannon JB,Searson PC,Rss FM. Nano Letters. 2006 ；6 ；238-42. d) Chou YC, Wu WW, ChengSL, Yoo B-Y, Myung N, Chen LJ, Tu KN. Nano Letters. 2008 ；8 ；2194-9. ] ； (3)用扫描隧道显微镜实时观测纳米材料生长[a) Skutnik PD, Sgarlata A, Nufris S, Motta N, Balzarotti A. PhysicalReview B. 2004 ； 69 ；201309. b)Zell CA, Freyland W. Langmuir. 2003 ；19 ；7445-50. ] ； (4)用椭圆偏振诊断 技术对纳米材料的生长动力学、性质进行在线监测[Logothetidis S，Gioti M，Patsalas P. Diamond and Related Materials. 2001 ；10 ；117-24. ] ； (5)用同位加速器 X 射线吸收原 位观测纳米结构成核以及生长过程[Lngham B, Llly BN, Ryan MP. Journal of Physical Chemistry C. 2008 ；112 ；2820-4. ] ； (6)用紫外光谱(UV)吸收对纳米簇生长过程进行实 时在线动力学石if究[Mercado L, Castro W, Vicuiia Ε, Briano JG, Ishikawa Y, Irizarry R, SolaL, Castro ME. International Conference on Computational Nanoscience and Nanotechnology-ICCN. 2002 ；439-42. ] ； (6)用石英晶体微天平结合原位X射线光电子能谱 对纳米结构的生长速率进行在线监测[Chelly R,fferckmann J,Angot T,Louis P,Bolmont D, Koulmann JJ. Thin SolidFilms. 1997 ；294 ；84-7.]。以上这些方法存在的问题是不能用通常的生长参数(温度、浓度等)描述纳米材 料非平衡生长过程的瞬时变化动态精细信息。即无法用通常的某种参数跟踪描述纳米材 料生长的全过程，包括化学反应、成核生长和形貌演化的热力学信息、动力学信息及生长机 理，无法说明生长过程的不同与最终形貌不同的必然联系，在很多情况下对生长机理的解释只是推测的结果。如用XRD研究纳米粒子的生长动力学，仅对球形粒子适用而且不能同 步跟踪；电镜原位研究纳米材料生长是在电镜监测所需要的特殊条件下进行的，与通常纳 米材料的生长实际环境完全不同，不能够应用于普遍的纳米材料生长过程研究。另外，原位 电镜法虽然能直观观察纳米材料的生长演变过程，但仍然不能获得纳米材料非平衡生长过 程中粒子间相互作用的热力学信息和动力学信息；用扫描隧道显微镜能从原子、分子水平 上进行纳米材料生长机理的研究，也不能获得纳米材料生长过程中粒子间相互作用的热力 学信息和动力学信息，另外，所需设备昂贵、条件苛刻，不能用于通常条件下的纳米材料生 长过程研究。
发明内容
采用高精度、高灵敏度的RD496-2000微热量计对反微乳液法制得的亚微米、纳米 级钼酸钡八面体的原位生长进行研究，获得微纳米材料从反应、成核、晶体生长、形貌演变 过程的热谱曲线。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现将两种反应物分别置于自制规格的玻璃内、外套管中，在RD496-2000微热量计中 反应，由仪器记录反应全过程的热谱曲线，结合产物的电镜图片研究微纳米材料的原位生 长机理。与现有技术相比，本发明具有以下特点1、本发明中的亚微米、纳米级钼酸钡八面体原位生长研究采用的是微量热法，该 方法能自动化地在线监测体系变化过程，能同时提供过程热力学信息和动力学信息。2、本发明在RD496-2000微热量计中进行，该仪器能精确检测纳瓦(nW)级的热功 率和10勹量级的能量变化；可控温度可达10_4 10_5°C，能高精度精细地控制纳米体系的 环境条件；对体系的溶剂性质、光谱性质和电学性质等没有任何条件限制。3、本发明可广泛应用于其他无机功能材料原位生长过程的研究。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，实施例的描述仅为便于理解本发 明，而非对本发明保护的限制。实施例11)、取原料3. 2mL烷基聚氧乙烯(10)醚、2mL正辛醇、IOmL环己烷分别加入50mL烧 杯中，将混合液置恒温磁力搅拌器上搅拌至均一透明，缓慢加入0. SmL 0. 05mol/L的BaCl2 水溶液，封住烧杯口继续磁力搅拌30分钟，即制得水溶液物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚 物质的量的比值ω为10的BaCl2微乳液，记为微乳液Α。以相同方法制得Na2MoO4微乳液， 记为微乳液B。2)、取ImL微乳液A装入直径1. 0cm、高4. 5cm的小玻璃样品池，取ImL微乳液B装 入直径1. 2cm、高6. 5cm的大玻璃样品池，将小样品池套入大样品池中，再将大样品池放入 不锈钢反应池中，然后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样 品池捅破使微乳液A与微乳液B混合，设定25°C，样品在量热仪中反应33000秒，通过微量 热计记录热电势的变化，获取纳米级BaMoO4八面体原位生长的热谱曲线；
3)将得到的自色沉淀离心分离，用丙酮、无水乙醇和蒸馏水多次洗涤，再利用电镜 技术进行表征；4)、将得到的纳米级BaMoO4颗粒的电镜图片与热谱曲线进行结合，研究其生长机理。实施例21)、取原料3. 2mL烷基聚氧乙烯(10)醚、2mL正辛醇、IOmL环己烷分别加入50mL烧 杯中，将混合液置恒温磁力搅拌器上搅拌至均一透明，缓慢加入1. 2mL 0. 05mol/L的BaCl2 水溶液，封住烧杯口继续磁力搅拌30分钟，即制得水溶液物质的量与烷基聚氧乙烯(10)醚 物质的量的比值ω为20的BaCl2微乳液，记为微乳液Α。以相同的方法制得BaCl2微乳液， 记为微乳液B。2)、取ImL微乳液C装入直径1. 0cm、高4. 5cm的小玻璃样品池，取ImL微乳液D装 入直径1. 2cm、高6. 5cm的大玻璃样品池，将小样品池套入大样品池中，再将大样品池放入 不锈钢反应池中，然后将不锈钢反应池放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样 品池捅破使微乳液C与微乳液D混合，设定25°C，使样品在量热仪中反应26500秒，通过微 量热计记录热电势的变化，获取亚微米级BaMoO4八面体原位生长的热谱曲线；3)、将得到的白色沉淀离心分离，用丙酮、无水乙醇和蒸馏水多次洗涤，再利用电 镜技术进行表征；4)、将得到的亚微米级BaMoO4颗粒的电镜图片与热谱曲线进行结合，研究其生长机理。
图1为本发明实施原位生长研究使用的自行研制的不锈钢反应池、大样品池和小 样品池的照片；图加为本发明实施例1制备的钼酸钠颗粒的扫描电镜图；图2b为本发明实施例1制备的钼酸钠颗粒的颗粒粒度分析图；图2c为本发明实施例1制备的钼酸钠颗粒的透射电镜图；图2d为本发明实施例1制备的钼酸钠颗粒的高分辨率透射照片及规则衍射斑点。图3为本发明实施例1获取的热谱曲线图；图如为本发明实施例2制备的钼酸钠颗粒的低倍场发射扫描照片；图4b为本发明实施例2制备的钼酸钠颗粒的高倍扫描照片；图如为本发明实施例2制备的钼酸钠颗粒的XRD图片；图4d为本发明实施例2制备的钼酸钠颗粒的结构模型图；图5为本发明实施例2获取的热谱曲线图。
权利要求
一种研究微纳米级钼酸钡八面体原位生长过程的新方法，其特征为
1.该方法是采用高精度、高灵敏度的RD496-2000微热量计对纳米、亚微米级钼酸钡八 面体的原位生长动态进行实时在线监测；获取钼酸钡纳米、微米级八面体成核、生长、形态 演变过程的热动力学信息；
2.与电镜表征技术相结合，研究纳米、亚微米级钼酸钡八面体生长过程的热动力学和 生长机理；
3.根据权利要求1，该方法的研究对象是由反相微乳液法合成微纳米级钼酸钡八面体 的原位生长过程。
全文摘要
本发明采用微量热法对微纳钼酸钡八面体原位生长过程进行了研究，该方法选用烷基聚氧乙烯(10)醚、环己烷、正辛醇和Na2MoO4水溶液及BaMoO4水溶液，制备成均匀透明的Na2MoO4的微乳液和BaMoO4的微乳液，取Na2MoO4的微乳液1mL装入直径1.0cm、高4.5cm的小玻璃样品池，BaMoO4的微乳液1mL装入直径1.2cm、高6.5cm的大玻璃样品池，大、小样品池嵌套后放入RD496-2000微热量计中，待基线稳定后将小样品池捅破，通过微热量计实时记录热电势的变化来获取钼酸钠生长过程的热动力学信息，与电镜表征技术相结合，从而研究其生长过程的热动力学和生长机理。
文档编号G01N25/20GK102135510SQ20101059916
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者王腾辉, 王路得, 谭学才, 郭云霄, 黄在银 申请人:广西民族大学