低维度纳米材料制备建模的探索.pdf

青岛科技大学硕士学位论文低维度纳米材料制备建模的探索姓名：吕伟丽申请学位级别：硕士_专业：物理化学_指导教师：胡正水20070420第一部分溶胶-凝胶-微波法以及溶剂热法制备PZT纳米粉体摘要错钛酸铅Pb(ZrxTii-x)03,PZT是一种重要的压电、铁电陶瓷材料。PZT材料 由于具有优良的压电、热释电和铁电性能，被广泛的应用于电子、光、热、声学 等方面。制备PZT的常用方法主要有共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶，但一般制备 的样品的粒径大都在微米级。本文在前人工作的基础上，利用so l-gel法和溶剂热法的优点；可以使用的所 有高纯原料均可处于溶液状态，在分子或原子水平上实现充分均匀混合，探讨了 在非水溶剂中so l-gel法和溶剂热法在PZT粉体制备中的应用，并分别探讨了 PZT 制备的规律及特点：L采用以乙二醇为溶剂的so l-ge卜微波法制备了分散性好、结晶性佳的粒径在 5070 nm的PZT粉体。2.探讨了以水溶性高分子聚乙烯毗咯烷酮为表面活性剂的溶剂热法制备PZT 的特点，PVP的加入对PZT样品有一定的分散作用，但加入量过大时却不利于分 散。3.探讨了以类嵌段表面活性剂(SUAEE HDI)为表面活性剂的溶剂热法，SUAEIHDI对PZT样品的制备有一定的分散性，但对形貌的控制性却不是很好。并 对样品进行了 SEM、TEM、TG、XRD、EDS分析。关键词PZT溶胶-凝胶-微波法溶剂热法表面活性剂PARTIPREPARATION OF PZT POWDERS VIASOL-GEL-MICROWAVE PROCESS ANDSOLVOTHERMAL SYNTHESISABSTRACTLea d zirco na te tita na te(PZT)is a n impo rta nt piezo electric a nd ferro electric Cera mics ma teria l.PZT ma teria ls h a ve been widely a pplied in electro n,o ptics,h ea t a nd a co ustics due to th eir excellent piezo electric,pyro electric,a nd ferro electric pro perties.Th ere a re a va riety o f meth o ds fo r th e prepa ra tio n o f PZT,such a s co precipita tio n,so lvo th erma l synth esis a nd so l-gel pro cess,but th e prepa red PZT pro ducts a re mo stly in th e size o f micro meter-sca le.In th is disserta tio n,we utilize th e a dva nta dges o f so l-gel pro cess a nd so lvo th erma l synth esis:a ll ra w ma teria ls ca n exist in th e sta te o f so lutio n a nd ca n be mixed h o mo geneo usly in th e level o f mo lecule o r a to m.Th e a pplica tio n o f so l-gel pro cess a nd so lvo th erma l synth esis in th e prepa ra tio n o f PZT wa s studied briefly a nd th e rules o r ch a ra cteristics were a lso investiga ted a t th e sa me time.1.Th e mo no dispersed PZT po wders h a ve been o bta ined via so l-gel micro wa ve pro cess in th e eth ylene glyco l.Th e dimensio n o f th e crysta lline po wder is 5070nm.2.Th e ch a ra cteristics o f PZT prepa red via so lvo th erma l synth esis h a ve been studied by using PVP a s th e surfece-mo difying a gent.Furth ermo re,th e PZT pro ducts ca n be dispersd well in th e presence o fsuita ble PVP co ncentra tio n,but th e to o h igh PVP co ncentra tio n is disa dva nta geo us to th e dispersio n.3.Th e ch a ra cteristics o f PZT prepa red via so lvo th enna l synth esis h a ve been studied by using a self-ma de surfa cta nt qua terna ry a nnno ium sa lt o f SUAEIHDI a s th e surfa ce-mo difying a gent,th e PZT pro ducts ca n be dispersd well in th e presence o f suita ble SUAEIHDI co ncentra tio n,but SUAEIHDI ca nt co ntro l th e mo rph o lo gy o f PZT well.Th e sa mples a re ch a ra cterized by SEM,TEM,TG-DSC,EDS a nd XRD,respectively.KEY WORDS:PZT,so l-gelmicro wa ve,so lvo th erma l synth esis,surfa cta nt第二部分以PSA-A为模板批量制备ZrO2空心球摘要本课题组在前期的工作中，以苯乙烯-丙烯酸（酯）共聚物阴离子（PSA-A）和 苯乙烯-丙烯酸（酯）共聚物阳离子（PSAC）乳胶粒为模板，成功制备了 CdS、ZQ、CeOz、TiOz、Y2O3 空心微球和 Ag/TiO2,CdS/TiCh、丫2。刘。2、ZrCWZnO、ZrO2/CeC2 复合空心微球。并研究了各实验条件对形成核壳微球的影响，得到制备各核壳微 球的最佳实验条件。并对核壳微球的形成机理进行了详细研究，并以此机理为依 据批量制备出了二氧化钛空心球。目前，乳胶粒模板法制备无机空心微球还主要在低浓度模板物和低浓度盐条 件下完成，导致无机空心球产量很低，批量生产较困难。模板法制备2空心球 也是如此（错盐浓度仅为104no l/L左右）。本文在前期工作的基础上，合成了 PSA-A乳胶粒，并以此为模板，根据核壳微球形成的机理，设计错盐和乳胶粒均 在高浓度条件下，批量制备ZrOz空心球的实验方案，以实现模板法批量生产无机 空心球的目标。并且研究了错盐浓度、甲酰胺浓度等实验条件对制备PSA/水合 ZrOz核壳结构的影响。用TEM、粒度分析、TG-DSC、IR、XRD对样品进行表征 和分析。关键词PSA乳胶粒模板ZrO2空心球批量PART IIBATCH PREPARATION OF ZrO2 HOLLOW SPHERESBY TEMPLATING AGAINST PSA-A LATEXABSTRACT瓦 o ur previo us wo rk,a nio nic po ly(styrene-a crylic a cid)(PSA-A)la tex a nd ca tio nic po ly(styrene-a crylic a cid)(PSA-C)la tex were used a s templa tes fo r prepa ring CdS,Z1O2,CeO2,TiOj,Y2O3 h o llo w 即h eres a nd Ag/TiO2,CdS/TiOz,YjOj/TiOi,ZrOz/ZnO,ZrOi/CeOz co mpo site h o llo w sph eres.Th e effects o f experimenta l co nditio ns o n th e fo rma tio n o f co re-sh ell sph eres a re studied a nd th e o ptimum co nditio ns a re o bta ined.Th e co a ting mech a nism o f th e co re-h ell structure by templa ting directly o n th e surfa ce o f PSA la tex were deeply studied.Th en,TiOz h o llo w sph eres a re ba tch pro duced successfully ba sed o n th e mech a nism mentio ned a bo ve.At present,th e prepa ra tio n meth o ds o f ino rga nic h o llo w sph eres by templa ting a ga inst po lymer la tex were a pplied in th e lo w co ncentra tio n o f th e templa tes a nd th e ino rga nic sa lts,resulting in th e lo w o utput in th e prepa ra tio n o f ino rga nic h o llo w sph eres in a ba tch.So wa s th e ba tch pro ductio n o f ZrO?h o llo w sph eres.(th e co ncentra tio n o f&wa s o nly lOmo l/L).In th is disserta tio n,a nio nic Po ly(styrene-a crylic a cid)(PSA-A)la tex is prepa red firstly,th en th e Z1O2 h o llo w sph wes a re ba tch o bta ined by th e templa te o f PSA-A a cco rding to th e fo rma tio n mech a nism o f th e co re-sh ell sph eres.Ba tch prepa ra tio n o f ino rga nic h o llo w sph eres is rea lized successfully by templa ting a ga inst po lymer la tex directly.Furth ermo re,th e effects o f experimenta l co nditio n o n th e co a ting were studied a s well,such a s th e co ncentra tio n o f th e Zr sa lt a nd fo rma mide.Th e o bta ined sa mples a re ch a ra cterized by TEM,TG-DSC,Size-distributio n a na lyzer a nd XRD.KEY WORDS:PSA la tex ZrO2,h o llo w sph eres,ba tch青岛科技大学研究生学位论文第一部分溶胶-凝胶-微波法以及溶剂热法制备PZT纳米粉体前言近些年来由于电子技术，信息技术和控制技术的发展，要求器件的小型化和 集成化，于是便对新材料提出了新的要求。科学家们曾预言，21世纪会是以智能 材料(intelligent ma teria ls)和敏感材料(sma rt ma teria ls)为代表的时代，PZT就是这 样的一种智能材料，它是指Pb(Zr,Ti)C3功能陶瓷，是典型的三方-四方复合钙钛 矿型结构的压电、铁电材料，其化学通式为Pb(ZrxTiy)03,调整Zr/Ti比可得到 不同压电、热释电和铁电性能的PZT材料，在其晶体结构中Zr,Ti处于氧八面体 的中心，Pb处于氧八面体的间隙内。具有钙钛矿晶体结构压电陶瓷的化学通式为 AB03,其中A为一价或二价金属离子，而B为四价或五价金属。理想氧八面体 钙钛矿结构如图1-1所示。图L1理想辄八面体钙被矿结构示意图半径较大的A正离子，半径较小的B正离子和空心氧离子分别位于晶胞格子的 顶角，体心和面心。这种结构也可看成是一组BO6八面体按简立方图样排列而 成，各氧八面体由公有的氧离子联结，A正离子占据氧八面体之间的空隙，钙钛 矿原胞是立方的，也可畸变成具有三角和四方对称性。钛酸领，钛酸铅和错钛酸 铅等铁电压电陶瓷具有钙钛矿结构。在形势的驱使下，PZT压电陶瓷在国内外的发展十分迅速，并且广泛地应用 于电子、光、热、声学等方面R叫不管从基础理论还是到实际应用都有明显发展,低维度纳米材料制备建模的探索像PZT粉体材料在超声换能器、高频滤波器等方面已得到了广泛的应用，而用多 种方法制备的PZT薄膜在非挥发性随机存储器、红外热释电探测器等方面的应用 研究已广泛展开的包ch a n H.L.W.等人开展的用纳米陶瓷粉体与功能高分子共聚 物复合、研制性能优良、用途广泛的复合敏感膜也进行了研究并且在室温红外成 象器件、水声传感器等方面有重要的应用前景16,支当然制备PZT粉体的方法也很多，而且各自的特点也很明显，徐刚等人用 改进的共沉淀法，在700c殿烧得到纯相的PZT团聚粉体。颗粒为微米级，一次颗 粒约100200 nm,团聚颗粒内含有较大空洞，结构较疏松。胡志强等人采用化 学共沉淀法，用氨水作沉淀剂，以NH4s作成核剂，H2O2做ZrO(NO3)2溶液和 TiO(NO3)2溶液共沉淀的稳定剂，添加了 1万分子量的PEG分散剂，在800微烧下 获得分散性良好的平均粒径为lOOnm的高活性粉体。S.Lina rdo s【等人利用有机 前驱体作起始原料用so l-gel法制备出粒径3070 nm的陶瓷粉体。古映莹等人用 水热法得到了粒径在0.62.1pm,呈立方体状的四方晶相钙钛矿结构的PZT粉体。牟国洪等人(皿采用溶胶-凝胶技术，以硝酸铅为铅源、尿素为胶凝剂，700C热处 理2.5h,得到粉体平均粒径为70nm。刘大格回等人以硝酸氧倍、钛酸四丁酯、醋酸铅为原料，乙二醇为溶剂，用改进的溶胶-凝胶技术，得到50nm左右的PZT 纳米晶。郭宏霞等人以醋酸铅，硝酸氧倍，钛酸四丁酯为原料以乙二醇单甲醛 与水做混合溶剂用溶胶-凝胶法制备了纳米Pb(Zr0.52Th48。(PZT)，粒径在6070 nm但制备的PZT颗粒大都分散性较差。本文在前人工作的基础上，利用so l-gel法和溶剂热法的优点：可以使用的所 有高纯原料均可处于溶液状态，在分子或原子水平上实现充分均匀混合，探讨了 在非水溶剂中so l-gel法和溶剂热法在PZT粉体制备中的应用：以乙二醇为溶剂的 so Lgel法-微波法、以水溶性高分子聚乙烯毗咯单酮为表面活性剂的溶剂热法、以 类嵌段表面活性剂为表面活性剂的溶剂热法，会分别探讨了PZT制备的规律及特 点。青岛科技大学研究生学位论文1.文献综述L1PZT材料的发展最初制备PZT陶瓷材料，通常采用传统的固相反应法，但是由于此方法存在 太多的不足使接下来研究的各种制备PZT陶瓷粉体的湿化学方法获得广泛的重 视。如前段在美、日等国取得了长足发展的水热合成法就是很好的例证，像日本 的鹤见敬章、市原高志等人用水热法制得了 PZT半导体陶瓷及电压陶瓷，山本孝 等人研究了掺杂Nb对PbZK)3压电陶瓷烧结性能及电性能的影响，国内惠春”时 等人系统地研究了水热法制备的PZT微粉的结构与热效应。在近期内，水热法 已成为生产PZT粉料的主要方法，但是用该方法制备的PZT晶体微粉的粒度已 不能满足纳米材料发展的要求，粉体细化的问题尚需进一步解决。当然制备PZT粉体的方法还有很多，而且各自的特点也很明显，像徐刚同等 人用改进的共沉淀法，在700C燃烧得到纯相的PZT团聚粉体。颗粒为微米级，一次颗粒约100200nm,团聚颗粒内含有较大空洞，结构较疏松。胡志强等人 采用化学共沉淀法，用氨水作沉淀剂，以NH4s。4作成核剂，玲。2做ZrO(NO3)2 溶液和TiO(NO3)2溶液共沉淀的稳定剂，添加了 1万分子量的PEG分散剂，在 800c煨烧下获得分散性良好的平均粒径为lOOnm的高活性粉体。S.Lina rdo s 等人已经利用有机前驱体作起始原料用so l-gel法制制备出粒径3070nm的陶瓷 粉体。古映莹等人用水热法得到了粒径在0.62.1眄，呈立方体状的四方晶相 钙钛矿结构的PZT粉体。1.2 PZT制备方法制备PZT的方法主要有固相法和液相法。具体的方法如下：1.2.1 固相法固相法是目前国内制备PZT压电陶瓷粉体普遍采用的方法，其工艺是多种氧 化物粉料经混合、段烧来合成PZT,然后经过机械粉磨获得PZT粉体。由于具有成 本低、产量高以及制备工艺相对简单等优点，是目前国内外合成PZT粉体中最普 低维度纳米材料制备建模的探索遍的方法。但存在明显的不足：原料各组难以混合均匀；整个反应以固态形 式发生，首先在组份之间的接触点处发生物相边界反应，然后组成物扩散进产物 后再进行反应，随着反应的进行，扩散途径变得越来越长，反应速度变得越来越 慢，没有办法控制反应进程，只能通过试探来决定适当的反应条件使反应完成，由于这种困难，人们常常在结束反应后得到的是反应物和产物的混合物，从这样 的混合物中分离出所需要的产物是困难的；经预烧后的配合料在机械粉粹过程 中易带入球磨介质的污染；物料活性较差，烧结温度较高（1200C）左右，烧结 时间长，易造成PZT失铅，使化学组成难以精确控制，影响制品的性能。针对其 缺点，众多材料研究者对其工艺进行改进而形成了新的合成方法，主要有微波辐 射法、机械化学法和反应烧结法。L2AA微波辐射法自1986年H Gedye et屈首次把微波技术用于有机合成以来，此种技术在有 机及无机材料的合成方面都被得以广泛应用。微波加热是利用高频交变电场引起 材料内部的自由束缚电荷（如偶极子、离子和电子等）的反复极化和剧烈运动使 分子间产生碰撞、摩擦和内耗，将微波转变为热能，从而产生高温。微波加热的 特点为：微波能直接穿透样品，里外同时加热，不需传热过程，瞬时可达一定温 度；无热惯性。通过调节微波输出功率，可使样品的加热情况无惰性改变，便于 实现反应的瞬时升、降温控制和自动控制；能量利用率很高（达50%70%）,大大节约了能量；微波还可以有选择地进行加热口叫Anirudh PSngh eta J打利用 微波技术在600C合成了单一钙钛矿型PZT粉体，且PZT形成速率快、反应时间短 及铅挥发小。1.2.L2机械化学法机械化学法合成粉体的反应机理十分复杂，目前仍处于探索、发展阶段，现 大致认为是口叫球磨机的转动或振动使硬球对反应前驱物进行强烈的撞击、研磨 和搅拌，缺陷密度增加，使颗粒很快细化，从而产生晶格缺陷、崎变，并具有一 定程度的无定形化；同时由于表面化学键断裂而产生不饱和键、自由离子和电子 等原因，使晶体内能增高，导致物质反应的平衡常数和反应速率常数显著增大。另外，局部碰撞点的升温可能是诱导反应进行的另一促进因素。该方法用于PZT 粉体合成，其特点为【如：对反应原料要求低,室温条件下完成粉体合成，工艺过程 相对简单，易于实现工艺化生产；PZT压电陶瓷的制备仅需一次高温作用，铅挥 发减少，制品性能高。但存在反应时间过长，球磨中易引入一定的杂质；球磨后 期因过粉磨可能导致颗粒发生严重的团聚等不足。近年来，随着高能球磨和气流 青岛科技大学研究生学位论文磨等机械设备效率的提高，以及耐磨介质的选择在一定程度上可克服现有的不 足。1.2.1.3反应烧结法反应烧结法是先将混合均匀的多组分粉末压成素坯，在随后的烧结过程中各 组分之间或组分与烧结气氛之间发生化学反应，获得预期设计组成的复相陶瓷。其特点是在烧结传质过程中，除利用表面自由能下降作为推动力外，还包括一种 或多种化学反应能作为推动力或激活能；粉体合成和致密化烧结一步完成，工艺 步骤简单。T.R.Sh ro ut et a l.田发现烧结后期钙钛矿相的形成有助于坯件致密度的 提高。LBKo ngeta lM引采用RHF技术将PZT粉体合成和致密化烧结一步完成，在 830C燃烧2h合成了晶粒尺寸为0.20.5冲单一钙钛矿型PZT52/48粉体；1100C 烧结lh制品致密度达到理论密度的98%。在IKHz条件下其电性能为：介电常数为 1157,Pr=27.3c/cm2,Ec=21kv/cmo1.2.2液相法液相法合成粉体使用的所有高纯原料均可处于溶液状态，在分子或原子水平 上实现充分均匀混合，各组分的含量可以精确控制；通过工艺条件的准确控制，可使所生成的固相颗粒尺寸远小于1微米，并且可获得粒度分布窄、形状为球状 的粒子。因此，液相法特别适用于多组分、超细粉体的合成。1.2.2.1 溶胶-凝胶法so l-gel法【皿是湿化学方法中合成粉体的新兴方法，这项技术是基于粒径为 WmlOOgm范围内的固体颗粒能稳定地分散在溶液中形成溶胶。主要包括溶 剂化、水解反应和缩聚反应三步，同时根据水、醇盐之比，粉体合成常采用粒子 凝胶法和聚合凝胶法两种工艺路线，其粉体合成过程为曲一驱而无机赴血机融起“-即-|无祖材料so l-gel法制备压电陶瓷粉体研究较晚,1985年J.B.B lum及S.R.Gurko vich等 人相继报道了PbTiCh超微粉体，国内直到1987年才有关于用so l-gel法制备压电陶 瓷粉体报道该具备工艺具有以下优点：可在较低的温度下(450C650C)制得 所需产品；可制得多组份均匀混合物；可制得粒度均匀的高纯、超细(十几至 几十纳米之间)粉末；可制得一些传统方法难以得到或根本得不到的产品。因 此得到了广泛的应用磔-28】。同时该方法也存在以下不足：配料时应考虑烧结时 过程中PbO的挥发；制备过程中S3里含水量多少无法精确控制；so l-gel法步 低维度纳米材料制备建模的探索骤繁杂，且金属醇盐极易水解，一次配制的so l经多次使用后会出现不溶性沉淀物,既浪费原料，S01老化又可能会影响到烧结粉体的质量；so l制备过程须在干燥气 氛中进行，对工艺要求严格，不利于生产工业化。总之，so l-gel工艺制备PZT陶 瓷微粉其主要性能优于传统法，且该方法所需设备简单，工艺重复性好，但原料 昂贵不易得到，目前主要用于制备PZT薄膜材料。L222水热法、溶剂热法水热法和溶剂热的反应的原理是把在常温常压下不容易被氧化的物质或者 不易合成的物质，置于高温高压条件下来加速氧化反应进行，得到所设计的粉体 组分。合成PZT粉体常以四氯化钛、氧氯化倍和硝酸铅为原料，以氢氧化钾等为 促进剂，探讨合成PZT粉体性能与反应温度、反应时间和促进剂添加量之间的关 系。但是用该方法制备的PZT晶体微粉，其粒径大小和微粉粒度均处于微米级。随着纳米科技的发展，纳米晶体微粉的研究，引起人们的重视，已成为生产PZT粉 料的主要方法129刖L水热法和溶剂热法的优点在于可以宜接合成多组份物料，避免了一般湿化学 法需经烧结转化为氧化物这一可能形成硬团聚的步骤，制备的物料中晶粒发育完 整、团聚程度很轻、粉体合成温度低、工艺简单，但用该方法合成的PZT粉体粒 径大小和微粉粒度还难以达到纳米级，很难满足高性能PZT压电陶瓷对粉体性能 的要求，粉体细化的问题尚需进一步解决。1.2.23沉淀法沉淀法是在可溶性前驱物溶液中添加适当的沉淀剂，使得溶液中的阳离子生 成不溶性沉淀，然后再经过滤、洗涤、干燥、加热分解等工艺来合成粉体，具有 反应过程简单、成本低等优点，能制取数十纳米的超细粉体，该法用于PZT粉体 的合成主要有共沉淀法和均相沉淀法。*共沉淀法是所有制备粉体的湿化学方法中，工艺最简单、成本最低并且最终 能制备出优良性能的粉体的方法。已被用于制备Ba TiO3、SnO2、A12O3等陶瓷粉 体L其一般方法是：在可溶性盐溶液中加入一种沉淀剂（如碳氨、氨水等）。首 先制得一种不溶于水的碱式盐或氢氧化物沉淀等，然后再通过加热分解的方式制 得PZT粉体。根据盐溶液种类的不同，共沉淀法可分为草酸盐法、醇盐法、氯化 物法等。由于PZT的组成阳离子Zd+、Ti4+Pb2共沉淀的特殊性，共沉淀过程 中要控制适当的pH值较困难，因此研究很多，但问题也很多，同时也给粉体研 究工作者带来了极大的乐趣。对于共沉淀法制备粉体，其优势在于成本低、工艺简单、可重复性好，有利 于工业化，但存在如下缺点：在共沉淀制备粉体的过程中从共沉淀、晶粒长大 6青岛科技大学研究生学位论文到沉淀的漂洗、干燥、域烧的每一阶段均可能导致颗粒长大及团聚体的形成，所得沉淀物中杂质的含量及配比难以精确控制。沉淀法合成PZT粉体过程中，影 响粉体沉淀的最主要因素是沉淀剂的种类。采用共沉淀法时，一方面可能会由于 局部浓度的不均匀而导致合成粉体组分的不均匀，另一方面共沉淀、晶粒长大、干燥、敏烧的每一步都可能导致颗粒的长大及团聚结构的出现。另外，当原料中 含有氯盐时，氯离子在水洗过程中可能导致PZT组分的流失，如沉淀过程中的 Zi(0H)4为极细小的颗粒，极易透过滤纸L3PZT新材料的应用仅仅根据上述方法制备出的PZT并不能满足人们对材料的需求，人们还通过 采用微量的添加物的方法来改进PZT材料的电性能与物理性能，从而使PZT具 有更优良的压电、热释电和铁电性能。作为被广泛应用的一种无机非金属类信息 与功能材料，PZT制成的薄膜来作计算机的驱动器，可使计算机的运行速度大幅.度提高，已成为一个非常好的研究方向，还有光计算机的核心元件-空间光调制 器也越来越引起人们的关注，积极开展这方面及其它方面基础理论及器件的研 究，无疑是非常重要的。而PZT功能薄膜也已被广泛地应用于传感器，驱动器和 各种精密仪器的控制部分。像其它影响人类经济社会巨大发展的新技术革命一 样，PZT的发展无疑也会对人类经济社会产生巨大的影响。PZT压电功能的应用 已从最初的简单的压电振子，拾音器等发展到能源、信息、军事以及其他高新技 术领域冽。扫描隧道显微镜、超声医疗技术、自动聚焦照相机、哈博天文望远镜 等都离不开PZT压电陶瓷的发展。L4表面活性剂的简介 1.4.1 咪哩咻型表面活性剂1.4.1.1 咪理琳型表面活性剂的分类和性能咪唆咻型表面活性剂已有几十年的历史，有两性类和阳离子类的多个品种，阳离子型与两性表面活性剂的区别主要在于烷基化产物的结构，支链上有阴离子 基团的为两性类，支链上无阴离子基团的为阳离子型。咪唾咻型表面活性剂尤其 是两性表面活性剂之所以在国内外受到重视，得到迅速发展，是因为它具有以下 独特的功能和优良性能：无毒；优良的生物降解性；对皮肤、眼睛没有刺激性和 刺痛感；优良的泡沫再生性；优良的泡沫和泡沫的稳定性；同肥皂具有完全的配 伍性；优良的硬表面的洗净能力；优良的润湿性能：对酸和碱(pH=l-14)具有 7低维度纳米材料制备建模的探索优良的稳定性；对硬水具有优良的稳定性；优良的多价螯合性能；优良的乳化性 能；优良的钙皂溶解性；可以以任意比例同阳离子型、阴离子型和非离子型表面 活性剂组配，并且有解除其他表面活性剂毒性的作用；有同非离子表面活性剂的 协同作用；温和的杀菌、杀霉菌和抑霉性能；良好的脱臭性能等。因其良好的性 能，咪晚咻型表面活性剂被广泛用于化妆品、清洗剂、纤维柔软剂和纺织工艺助 剂、抗静电剂中到3支咪哇琳型表面活性剂还还可用作杀菌剂、环氧树脂固化促 进剂、润滑油防锈剂等。此外两性咪嗖啾表面活性剂还具有乳化、偶联、润湿、改进吸附.、消毒等功能由中】。L4.1.2咪嘤咻型表面活性剂的应用进展咪隆琳型表面活性剂最早是由Ha nsSMa nnh eimer在五十年代开发的，并用“两性的”(a mph o teric)来命名。化合物的分子中至少包含一个阳离子基团和一个阴 离子基团，当两种离子基团的离子价相等时，就成为一个离子真正平衡的两性物，等电点在pH=7处。由于其良好的性能，被运用在诸多方面。而其主要是用在缓 蚀方面。水溶性咪畔琳衍生物是一种新型的缓蚀剂，它对于碳钢、合金钢、铜、黄铜、铝、铝合金在含C02卤水等介质中的全面腐蚀具有优良的缓蚀性能。这主要是由 于昧吵咻衍生物分子中的憎水部分远离金属表面形成一种有效的疏水层，不仅对 电极表面起到一定外围屏障作用，而且对参与腐蚀反应物在腐蚀界面的迁移起到 阻碍作用而且由于分子中含有N、0,S等原子，核外层具有孤对电子的活性 基团，往往还可同金属的表面形成配位化合而发生化学吸附，从而对化合物的缓 蚀性能起到增强作用因3叫月桂酸味嚏琳与硫麻缩合形成月桂酸硫胭咪哇咻，当其二硫腺化后具有11 个CH2,链段和具有8个含N、S、O杂原子的链段，结构上为类似于两嵌段聚合 物的一种“类嵌段表面活性剂，在纳米材料制备中该有特殊形态结构的控制作用。鉴于咪哇咻型表面活性剂的诸多特殊性能，已经在各行各业得到了广泛的应 用，但是目前为止咪嚏咻型表面活性剂在纳米材料制备中的应用很少有文献报 道。本部分主要是利用咪哇啾季胺盐类似嵌段共聚物并且分子中含有多个N、S、0杂原子来作为表面活性剂，探索其在溶剂热法中制备PZT纳米粉体的规律及特 点。1.4.2 聚乙烯毗咯烷酮(PVP)1.4.2.1 聚乙烯毗咯烷酮的性质与分类聚乙烯毗咯烷酮(po lyvinylpyrro lido ne)缩写名称为PVP。是一种非离子型高 青岛科技大学研究生学位论文分子化合物，是由乙烯基毗咯烷酮均聚而成的一种水溶性白色树脂状固体【闾，它 是一种绿色高分子产品，是重要的水溶性酰胺类精细化学品，这种功能高分子化学 品已有近70年的发展历史，目前已发展成为非离子、阳离子、阴离子3大类，工业级、医药级、食品级3种规格，相对分子质量从数千至一百万以上的均聚物、共聚物和交联聚合物系列产品。分子式（C6H9NOQ有K-15、K-30、K-60、K-90 等种类，代表分子量为10000.40000、160000及360000的四个不同等级。K值 是与PVP水溶液的相对粘度有关的特征值。分子量愈大，粘度愈大，K值愈大，反之则相反。PVP在100130C下仍能保持其热稳定性超过150c发生交联反 应。在隋性气体存在下，PVP能承受25c的高温在数分钟内不发生明显降解。在酸性条件下，PVP也较稳定，在强碱水溶液中，PVP逐渐形成不溶于水的凝 胶L PVP作为一种合成水溶性高分子化合物，具有水溶性高分子化合物的一般 性质，胶体保护作用、成膜性、粘结性、吸湿性、增溶或凝聚作用。但其最具特 色，因而受到人们重视的是其有益的溶解性能以及生理相容性。在合成高分子中 像PVP这样既溶于水，又溶于大部分有机溶剂、毒性很低、生理相容性好的并不 多见，特别是在医药、食品、化妆品这些与人们健康密切相关的领域中.1.4.2.2 聚乙烯哦咯烷酮的应用 v1.422.1 在酿酒和饮料工业中的应用交联PVP在酿酒、饮料工业中可以作为啤酒、果酒和果汁的澄清剂和稳定剂 42加1。采用植物性原料酿造的酒品中含有多种蛋白质和多酚类物质。多酚在一定 条件下生成多聚体后易与蛋白质形成络合沉淀物，从而产生非生物浑浊，严重影 响了酒体的外观和风味，是影响酒类质量的重要因素之一。要防止浑浊的形成与 发展,就必须除去产生非生物浑浊的前驱体一聚多酚或高分子蛋白质，使其与饮料 分离L交联PVP是一种无毒、无刺激性、安全稳定的聚合物，具有很强的选择 吸附能力，它可通过拨基与花色昔、黄酮类多轻基衍生物等多酚类物质形成氢键 络合物回沉淀下来，从而除去酒类的非生物浑浊，达到澄清、稳定的作用,同时又 保持饮料原有的口感与风味。1.422.2 生物医药领域PVP具有优良的生理惰性和生物相容性，以及良好的络合性能,使其一问世就 在医药领域倍受关注，目前PVP已在全世界得到了广泛应用祈川。它可用于药物 崩解剂、药物缓释载体以及血液透析膜等。在水中可以高度溶胀的不溶性交联PVP可以用作片剂或胶囊的崩解剂14%含 有此类交联PVP的药物遇到水后，由于交联PVP吸水膨胀性很大，在药剂内造成很 高的压力，从而使药剂迅速崩解，效果良好。具有高度溶胀能力、适度交联的PVP 9低维度纳米材料制备建模的探索粉末现已被证明是一种效果良好的药物缓释载体|4叫通过改变PVP的交联程度，可以获得合适的药物释放速度刈。PVP能与许多化合物络合，生成的络合物具有 一定的物理、化学稳定性，其中比较常用的是PVP-碘络合物，此外，交联PVP还 可作外伤包扎带52】。在生物领域中，PVP同样有着广泛的用途。例如交联PVP水凝胶可以用作 静态细胞培养基体，它的不溶性使其不能够穿透细胞膜，而其良好的吸水性和生 理惰性可以保护并促进细胞生长，目前已经开展了PVP水凝胶用于眼球玻璃体液 代用品的研究)；,由交联PVP制成的薄膜具有优良的生物相容性和胶粘性，可用 于密封粘结生物材料四)；用悬浮聚合法制备的大孔交联PVP是一种新型吸附剂,它具有良好的血液相容性，可以专门去除阿片类麻醉药物，将其用于血液灌流，清除血液中的毒素，达到净化血液，解毒的目的画等。1.4.2.2.3其他领域的应用PVP是重要的化妆品原料，主要用于发型保持剂，具有许多优异的性能，如优 良的成膜性、保湿特性,是定型发胶、发乳、摩丝必不可缺的原料，还可用于化妆 品护肤滋润剂及脂膏基料、染发分散剂、泡沫稳定剂。因其具有良好的保湿性能，广泛用作化妆品的保湿剂。在牙膏配方中，添加PVP,可防牙齿蚀斑及产生牙结 石PVP优良的再沉积性，可显著提高液体洗涤剂、洗衣粉等产品的抗再沉积性。PVP优良的浸渍性能，可优先与皮肤亲和形成保护膜，从而防止合洗品对皮肤的 刺激。PVP具有强的粘合力，而且具有吸湿性，用于粘合剂产品可提高产品质量，因此广泛用于制固体胶。此外，在聚合作用中作为保护胶体和分散剂，可用作造 纸工业中的颜料分散剂与剥色剂，纸张涂布中的匀染剂。PVP还可用作PPS的发 泡剂，悬浮聚合物的胶凝剂、稳定剂、纤维整理剂，硝基化合物的氧化剂和化工用 的指示剂等。PVP还用作于感光材料彩色显像管光刻胶上的涂覆材产和电子电器 及电子工艺等额域。,近年来，低维度纳米材料的制备、应用已成为研究热，但离工业化还有一定 的距离，工业模型还未建立。本文充分利用液相法特别适用于多组分、超细粉体 的合成的优点，采用溶胶-凝胶法和溶剂热法制备PZT粉体，探讨影响PZT粉体 单分散状态的因素。在乙二醇溶剂中对溶胶-凝胶法制备PZT粉体的工艺进行了 改进，综合了溶胶-凝胶法与微波法的优点，以醋酸铅Pb(ACV3H2。为Pb源，以 钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4为Ti源，以氧氯化倍(ZrOCb8H2O)为Zr源，以自制 的表面活性剂2-十一烷基-1-二硫服乙基咪哇咻季铉盐(SUDEI)为表面修饰剂，制备了分散性好、结晶性佳的粒径在5070 nm的PZT粉体。并且探讨了以水溶 性高分子聚乙烯毗咯烷酮为表面活性剂，以DM