胶体刻蚀纳米结构化表面的构筑与应用

题目：1、纳米阵列和纳米组装体的构筑与应用报告人：齐利民教授北京大学2、生物质到平台化合物和液态烃类的催化转化报告人：王艳芹教授华东理工大学时间：2019年5月17日上午9:30（周五）地点：化学馆120纳米阵列和纳米组装体的构筑与应用材料的性能在很大程度上依赖于其构造基元的结构与性质以及这些初级结构基元如何进一步构造成为大尺度宏观材料，由纳米结构基元有序排列或组装而成的纳米结构阵列及纳米粒子组装体因其独特性质或优异性能而受到人们的广泛关注。

本报告将着重介绍本课题组近年来在以下三方面的研究进展：（1）氧化物低维纳米结构阵列的溶液相可控生长与性能研究；（2）基于单层胶体晶体模板法的纳米碗阵列的可控制备与性能研究；（3）非球形纳米粒子的可控组装与性能研究。

我们对所制备的纳米阵列及纳米组装体在锂离子电池、太阳能电池、光电化学分解水、光电探测器、光子晶体传感器、SERS检测、等离激元超材料、响应性可重构材料等领域的潜在应用进行了初步探索。

齐利民，1969年生，北京大学化学与分子工程学院教授，国家杰出青年基金获得者。

1990、1993、1998年分别在北京大学获得理学学士、硕士和博士学位，1998-2000年在德国马普胶体与界面研究所从事博士后研究，2000年回北京大学任教。

主要从事胶体与界面化学、纳米材料合成与组装、能源材料化学等领域的研究工作。

迄今已在Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. In. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.等学术期刊上发表SCI论文160余篇，累计被引用12,000余次（其中44篇论文均被引用100次以上），H因子为63。

2000年获全国百篇优秀博士学位论文奖，2003年获得国家杰出青年科学基金，2003年获中国化学会青年化学奖，2004年获第九届霍英东基金会高校青年教师奖（研究类）一等奖，2006年获北京市“五四”奖章，2012年获评为全国优秀博士学位论文提名论文指导教师，2014年至今连续入选爱思唯尔中国高被引学者榜单。

本科毕业设计（论文）纳米铜胶体的制备和分散稳定性的研究学院材料与能源学院专业金属材料工程年级班别 2009级（1）班学号学生姓名指导教师黄钧声2013 年 6 月纳米铜胶体的制备和分散稳定性的研究材料与能源学院摘要本文综述了纳米技术和纳米材料，并由此引出纳米铜胶体的性质特征、应用前景、研究现状及其制备方法，在综合考虑的情况下，采用一步法制备纳米铜胶体，并进行研究实验。

选择硼氢化钾(KBH4)为还原剂，硫酸铜(CuS04·5H20)为氧化剂，并添加强碱氢氧化钾（KOH）、络合剂乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）和分散剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）/聚乙烯吡咯烷酮（PVP），以去离子水为溶剂，通过化学还原反应制备纳米铜胶体。

对制得的纳米铜胶体，进行X射线衍射法测定、激光动态光散射法测定、pH值分析、XRD分析、TGA-DSC分析、沉降比与沉降时间分析等。

主要研究不同成分配比、不同温度等条件下，制备的纳米铜胶体的纯度、粒度、粘度、分散稳定性及其变化规律，寻求最佳工艺参数，从理论上分析其原因，获得分散稳定的铜－水纳米胶体，并测试和研究其综合性能。

实验结果表明，分散剂CTAB/PVP对纳米铜胶体具有良好的分散效果，可获得平均粒径小、粒度分布范围窄、分散稳定性好的纳米铜胶体，可保存一个月以上不发生沉淀。

关键词：一步法，液相还原，纳米铜胶体，分散稳定性AbstractNanotechnology and nanomaterials is reviewed in this paper, and thus lead to nanometer copper colloidal nature of the characteristics, application, research status and its preparation method, under the condition of the comprehensive consideration, adopt one-step of copper colloidal nanoparticles, prepared by the study and experiment. Select KBH4 as the reducing agent, CuS04 · 5H20 as oxidant, and adding alkali KOH, complexing agent EDTA-2Na and dispersant CTAB/PVP, with deionized water as solvent, by chemical reduction reaction for the preparation of nano copper colloid.To made of copper colloidal nanoparticles, X ray diffraction method, laser dynamic light scattering method, pH value analysis, XRD analysis, TGA-DSC analysis, sedimentation rate and settling time analysis,etc.Research different composition ratio and different temperature conditions, the preparation of nanometer copper purity, particle size, viscosity, dispersion stability of the colloid and its change rule, seeking the best process parameters, theoretically analyzed its reason, get dispersed nano colloid stability of copper-water, and its comprehensive performance testing and research.Experimental results show that the dispersant CTAB/PVP on the nano copper colloid has a good dispersion effect can be obtained small average particle size, narrow particle size distribution, good dispersion stability nano copper colloid, precipitate can be stored for more than one month.Key words: One-step, Liquid phase reduction, Nano copper colloid, Dispersion stability目录1 文献综述 (1)1.1 引言 (1)1.1.1 气相蒸气法 (1)1.1.2 等离子体法 (1)1.1.3 机械化学法 (2)1.1.4 液相还原法 (2)1.1.5 γ射线辐照-水热结晶联合法 (2)1.2 纳米技术的问世 (2)1.3 纳米技术的影响 (3)1.4 纳米材料的性质 (4)1.5 纳米胶体的特性表征 (5)1.5.1 纳米胶体的分散稳定性 (5)1.5.2 纳米胶体的稳定机制 (5)1.5.3 纳米胶体的分散方法 (6)1.6 纳米胶体的应用前景 (7)1.7 纳米胶体的研究现状 (7)1.8 纳米铜胶体的研究概况 (7)1.8.1 两步法制备纳米铜胶体 (8)1.8.2 一步法制备纳米铜胶体 (8)2 实验内容 (10)2.1 实验目的 (10)2.2 实验方案 (10)2.3 分散介质及分散剂的选择 (11)2.3.1 分散介质的选择 (11)2.3.2 分散剂的选择 (12)2.4 实验试剂 (12)2.5 实验仪器 (13)2.6 实验原理 (14)2.6.1 硼氢化钾的反应机理 (14)2.6.2 CTAB分散剂的反应机理 (15)2.6.3 PVP分散剂的反应机理 (15)2.7 实验步骤 (16)2.8 实验现象 (17)3 实验结果及分析 (18)3.1 分散剂CTAB对纳米铜胶体分散稳定性及颗粒粒度大小的影响 (18)3.2 分散剂PVP对纳米铜胶体分散稳定性及颗粒粒度大小的影响 (21)3.3 络合剂EDTA-2Na对纳米铜胶体分散稳定性及颗粒粒度大小的影响 (24)3.4 强碱KOH对纳米铜胶体分散稳定性及颗粒粒度大小的影响 (29)3.5 不同温度下对纳米铜胶体分散稳定性及颗粒粒度大小的影响 (32)3.5.1 不同温度的分散剂CTAB对纳米铜胶体分散稳定性及颗粒粒度大小的影响 (32)3.5.2 不同温度的分散剂PVP对纳米铜胶体分散稳定性及颗粒粒度大小的影响 (34)3.6 不同超声分散时间对5wt%纳米铜墨水分散稳定性的影响 (38)3.7 纳米铜胶体的沉降比分析 (39)3.8 纳米铜胶体的XRD分析 (40)3.9 纳米铜胶体的TGA-DSC分析 (41)3.10 纳米铜墨水的粘度分析 (43)结论 (44)参考文献 (46)致谢 (48)1 文献综述1.1引言纳米铜胶体颗粒因其特异的物理化学性质广泛应用于催化、润滑、磁流体等领域，更成为研究的热点之一，其制备的相关报道已有很多，如:气相蒸气法、等离子体法、机械化学法、液相还原法、γ射线辐照-水热结晶联合法等[1]。

胶体材料的合成和应用胶体材料是一类尺寸介于10纳米和1微米之间，由分散相、连续相和分散剂等组成的材料。

它具有特殊的性能和结构，被广泛应用于领域。

一、胶体材料的合成胶体材料的合成通常有两种方法：自组装和化学合成。

1. 自组装自组装是将胶体颗粒通过分子间吸引力力的作用，按照一定的规则排列形成一定的结构。

这种方法不需要外加的能量，使得制备过程较为简单，但难以获得复杂的结构。

例子：利用CTAB（正十六烷基三甲基溴化铵）作为表面活性剂，水作为分散介质，制备了一种具有类球形结构的氢化物银纳米颗粒。

2. 化学合成化学合成是将溶液中的原料在加热、加压、辐射等作用下发生反应，形成胶体颗粒。

该方法能够获得更为复杂的结构。

例子：通过控制温度和反应时间合成了一种用于电子器件中的二氧化钛纳米管。

在调控温度过程中，可以调节纳米管的长度和直径，从而获得所需的结构。

二、胶体材料的应用胶体材料由于其特殊的结构和性能，被广泛应用于诸多领域，如电子、医学、环境等。

1. 电子领域胶体材料的尺寸在纳米或亚微米级别，其特殊物理和化学性质使得其能够应用于电子器件领域。

例如，在纳米电子器件中，制备了一种基于氧化钛纳米颗粒的紫外线光敏电容，具有快速响应和可重复的特点。

2. 医学领域胶体材料具有极高的比表面积，能够吸附大量生物分子，因此可以应用于药物递送、肿瘤治疗等领域。

例如，通过制备一种可注射的纳米药物，实现了对肿瘤细胞的光动力学治疗效果，比传统治疗方法有更高的治愈率。

3. 环境领域胶体材料在环境净化、污染治理等领域也有广泛的应用。

例如，利用一种名为“Fe@Fe2O3”纳米颗粒的材料，成功地将废水中的甲基橙染料去除掉，并实现了高效、低成本的治理方案。

总之，胶体材料具有广泛的应用前景。

通过不断地研究和探究，在制备方法和应用领域中不断拓展创新，将为人类的发展带来更多的帮助和进步。

胶体与界面科学在制造业中的应用随着科技的不断进步，胶体与界面科学越来越受到人们的关注。

在制造业中，它也扮演着重要的角色。

本文将介绍胶体与界面科学在制造业中的应用。

什么是胶体与界面科学？胶体是指尺寸在1~1000纳米之间的小颗粒，可以悬浮在溶液中形成胶体溶液。

界面科学研究的是物质之间的界面性质和相互作用。

胶体与界面科学是研究胶体性质和界面现象的一门科学。

制造业中的应用1. 胶体电泳胶体电泳是利用电场在胶体粒子和溶液之间施加电势差，将胶体粒子移动到被处理物体上的一种技术。

在制造业中，它被广泛应用于表面修饰、涂料、印刷和涂层等领域。

例如，在汽车制造中，利用胶体电泳技术可以制造出均匀的涂层，提高汽车外观和耐腐蚀性。

2. 界面活性剂界面活性剂是一种能够降低液体表面张力的化学物质。

在制造业中，界面活性剂可以用于制造洗涤剂、表面涂层、生产纸张、油漆和墙纸等。

例如，用于清洁产品的洗涤剂中含有界面活性剂，它可以去除污垢并且不会对表面造成损害。

3. 胶体磨料胶体磨料是一种将胶体粒子添加到磨料中制成的材料。

在制造业中，它可以用于磨削和抛光材料表面，例如在半导体制造中，胶体磨料可以用于制造芯片上的微小元件。

4. 纳米材料纳米技术是利用纳米尺寸的物质制造出高效、高性能的产品的一种技术。

纳米材料在制造业中的应用非常广泛，例如在汽车制造中，纳米涂层可以提高汽车耐腐蚀性和抗刮擦性能，在航空航天制造中，纳米材料可以制造出更轻，更坚固的材料。

结论胶体与界面科学在制造业中有着广泛的应用。

它可以帮助制造商制造更高效、更高性能的产品，同时也可以降低成本，提高产品的可持续性。

我们相信，随着科技的不断进步，胶体与界面科学在制造业中的应用也将不断拓展。

江南大学科技成果——基于大分子胶体构筑功能涂
层的研究
成果简介
开展利用双亲大分子自组装，大分子与无机纳米材料、有机小分子、生物大分子等进行多组分杂化自组装等典型方法构筑具有特定用途的功能胶体，从胶体粒子的结构及目标性能出发，研究其制备或结构修饰、改造过程对其结构、物理化学性质以及性能的影响；通过控制胶体形成过程制备具有特殊聚集体形态的功能胶体粒子；研究胶体粒子的热稳定性、降解性、刺激响应性、生物相容性、包合吸附性、表面活性等性能之间的构效关系。

考察功能胶体溶液pH值、盐浓度、紫外辐照等对胶体粒子的结构、粒径、表面组装行为的影响，基于功能胶体的表面组装行为，开展其在先进功能涂层材料等方面的研究，探索由不同组成及结构的功能胶体粒子所构筑的涂层材料在生物大分子识别、食品中有害因子的检测、生物医药等方面的应用。

关键技术
1、大分子功能胶体粒子的制备技术；
2、以大分子胶体为构筑单元的功能涂层制备技术；
3、基于胶体粒子结构、涂层制备工艺等对功能涂层结构及性能的调控技术。

获得成果
1、论文发表方面：公开发表SCI学术论文80余篇；
2、专利申请方面：授权中国专利28件，国际专利1件；
3、基金资助方面：获国家自然科学基金面上项目资助5项，青年项目资助5项。

纳米刻蚀工艺是制造纳米级结构的关键技术，其目标是通过去除材料来制造精细的几何形状和图案。

在纳米刻蚀工艺中，三维结构刻蚀技术是一项重要的发展，因为它可以创造出更复杂和功能性的结构。

三维结构刻蚀技术利用了纳米级的空间分辨率和刻蚀能力，以实现对三维结构的精确蚀刻。

这种方法不仅可以蚀刻表面的材料，还可以深入到材料的内部，甚至达到原子级。

这种技术的优势在于，它能够创建出具有复杂几何形状和内部结构的纳米级物体，这在传统的表面刻蚀技术中是无法实现的。

三维结构刻蚀技术的主要步骤包括：选择适当的刻蚀剂，设计精确的刻蚀路径，以及控制刻蚀深度和速度。

这些步骤都需要精密的技术和精确的控制，以确保在刻蚀过程中不会损坏周围的材料，也不会破坏设计的几何形状。

这种技术的广泛应用包括但不限于：制造纳米电子设备，如场效应晶体管；创建生物医学应用中的纳米级药物载体；以及在光学和声学器件中实现纳米级的反射和折射。

这些应用都需要精细的几何形状和精确的尺寸，这是传统的表面刻蚀技术无法提供的。

总的来说，三维结构刻蚀技术是一种强大的纳米刻蚀工艺，它能够实现更精细、更复杂的结构，为纳米科技的发展开辟了新的可能性。

这种技术的出现，不仅提高了制造纳米级结构的效率，也推动了纳米科技在各个领域的应用。

虽然三维结构刻蚀技术是一项先进的技术，但它并不是人工智能的产物。

它是科学家们通过不断的实验和尝试，以及对材料科学的深入理解，才发展出来的。

它的出现是科技进步和人类智慧的结晶，而不是人工智能的产物。

纳米镍胶体的制备及其在织物化学镀活化中的应用赖冬志;陈文兴【摘要】为制备可在织物化学镀铜上使用的经济实惠的胶体镍活化液,在酸性条件下,以聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂,采用硼氢化钠还原硫酸镍制备的镍微粒为催化剂,催化次亚磷酸钠液相还原硫酸镍,制备出纳米镍胶体.将该胶体应用于织物化学镀铜的活化工序,实验结果表明该胶体镍具有良好的催化活性.用透射电镜、扫描电镜及X 射线衍射仪对该胶体及活化前后织物进行了表征,结果表明:所得纳米镍胶体成分纯净,粒径分布均匀;浸渍了该胶体镍的织物可以在以甲醛为还原剂的化学镀铜液中顺利起镀.%For preparation of nano-nickel colloid which is suitable for the activation of electroless-plating of fabrics with copper economically, under acidic conditions, the nano-nickel colloid was prepared with nickel particles as catalyst and polyvinylpyrrollidone ( PVP) as stabilizer. The nickel particles were prepared by reduction of nickel sulfate with sodium borohydride in the presence of sodium hypophosphite solution. Then the nano-nickel colloid was used in the activation process of electroless plating of fabrics with copper. Transmission electron microscopy (TEM) , scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) were used to characterize the nickel colloid and fabrics before and after activation treatment. The results showed that the nano-nickel colloid has pure composition, uniform particle size distribution, and good catalytic activity, and fabrics dipped with this nickel colloid can be successfully electroless plated with copper using formaldehyde as reducing agent.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2012(033)011【总页数】4页(P77-80)【关键词】化学镀;织物;纳米镍胶体;次亚磷酸钠【作者】赖冬志;陈文兴【作者单位】浙江理工大学材料与纺织学院,浙江杭州310018;浙江理工大学材料与纺织学院,浙江杭州310018;浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】O648在诸多制备纳米镍胶体的方法中,液相化学还原法因具有粒度及表面性质易于调控，工艺简单，成本低等优点而常被采用。

纳米粒子的表面修饰与应用纳米粒子是一种微小到纳米级别的物质，由于其迷人的特性，成为了目前研究的热点之一。

然而，纳米粒子的应用需要解决很多技术难题，其中之一就是如何进行表面修饰，以满足不同领域的需求。

表面修饰是指在纳米粒子的表面进行化学修饰或物理修饰的过程。

通过这个过程，可以改变纳米粒子的性质和特性，使其适应不同的应用场景。

例如，可以通过在纳米粒子表面引入特定的官能团，使其具有特定的生物活性，从而应用于生物学领域；或者可以在纳米粒子表面引入特殊的光学材料，实现纳米级别的光学器件。

在纳米材料的表面修饰中，有几个常见的方法。

其中，最常用的方法是通过化学修饰。

通过合成表面活性剂，可以在纳米粒子表面引入特定的官能团，从而改变纳米粒子的亲水性、疏水性或者胶敏性。

这种方法简单方便，适用于许多领域的应用。

另外一种常见的表面修饰方法是通过物理方法进行修饰。

例如，可以利用离子束辐射技术，在纳米粒子表面形成纳米结构或者纳米纹理，从而改变纳米粒子的形貌特性。

这种方法通常用于提高纳米材料的力学性能或者储能性能。

表面修饰的一个重要应用是在纳米药物递送领域。

纳米药物递送是一种利用纳米材料作为药物载体的方法，可以提高药物的稳定性、靶向性和生物利用度。

通过对纳米粒子表面的修饰，可以实现药物的缓释、药物的靶向释放，从而减少药物在体内的毒副作用，并提高治疗效果。

另外一个重要的应用是在纳米传感器领域。

由于纳米粒子具有较大的比表面积和较强的敏感性，可以通过对纳米粒子表面的修饰，实现对特定物质的高灵敏度检测。

例如，通过在纳米粒子表面引入特定的光学材料，可以实现对光的吸收、散射或者荧光的控制，从而实现对特定物质的高效检测。

此外，纳米粒子的表面修饰还在环境保护领域具有广泛的应用。

通过对纳米粒子表面的修饰，可以使其具有较高的分散性，从而降低纳米粒子对环境的污染程度。

同时，还可以通过引入特定的官能团，实现纳米材料对环境中有害物质的高效吸附或者催化降解，进一步提高环境污染的治理效果。

漏斗状胶体结构及其在表面科学中的应用胶体是一种介于分子和宏观物体之间的物质，在自然界和工业生产中都具有广泛的应用。

漏斗状胶体是近年来出现的一种新型胶体结构，具有独特的形态和性质，在表面科学中有着广泛的应用前景。

胶体的基本特性是，它的颗粒大小在1~1000纳米之间，表现出浑浊的外观，不能透过普通的光学显微镜观察到。

胶体胶体颗粒分散在溶液中，可以通过液体离心、超声分散等方式制备得到。

漏斗状胶体则是一种拓扑结构特殊的胶体，在形态和性质上都与普通胶体有所区别。

漏斗状胶体最早是由德国科学家Friedrich Wilhelm Schmidt于上世纪20年代发现的，它是一种由粘性物质组成的漏斗状结构，尖端向溶液中心指向，底面与溶液相接，具有不对称性。

它的形态和性质与普通的球形或棒形胶体颗粒不同，因此具有一些独特的应用。

漏斗状胶体的制备方法有多种，最常用的是利用非对称性分子与胶体颗粒之间相互作用的方法。

例如，在水中加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）等表面活性剂，可以形成非对称性的胶体颗粒。

在胶体颗粒表面吸附上相应的分子后，可以通过改变溶液中的温度、浓度、pH值等条件，使胶体颗粒自组装成漏斗状结构。

这种方法不仅制备简单，而且可以控制漏斗状胶体的形态和大小。

漏斗状胶体在表面科学中具有独特的应用。

首先，漏斗状胶体具有非常特殊的拓扑结构，可以用来研究表面力学和表面物理的有关问题。

例如，可以通过测量漏斗口直径和高度之比来研究表面张力的大小。

漏斗状胶体还可以用来研究表面扭曲和形变等问题，在液体表面、固体表面、液体-固体界面和固体-气体界面等方面都有应用。

其次，漏斗状胶体可以用来研究颗粒间的相互作用和聚集行为。

漏斗状胶体的非对称性结构使得胶体颗粒无法完成完美的配对，导致它们在团聚时出现一些新的现象。

例如，当各个漏斗状胶体团聚时，它们会首先通过漏斗口紧密贴合，然后在溶液中心形成一个紧密排列的堆积结构。

利用这种现象，可以研究胶体颗粒的聚集行为及其物理化学性质。