【摘 要】
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本论文采用水热法制备纳米ZnO,以硝酸锌为锌源,表面活性剂选择PVP,氢氧化钠调控反应环境碱性,经过控制反应p H值8.5~12.5,获得圆柱形、片状与棒状掺杂、锥形纳米棒状、短柱状、菜花状等形貌各异的六方纤锌矿纳米ZnO。研究表明,制备所得纳米ZnO光致发光性能和粒径分布均受反应体系p H值的影响,控制水热反应体系p H值11.5时,纳米ZnO形貌均一,粒径分布在100~500 nm,分布范围较
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本论文采用水热法制备纳米ZnO,以硝酸锌为锌源,表面活性剂选择PVP,氢氧化钠调控反应环境碱性,经过控制反应p H值8.5~12.5,获得圆柱形、片状与棒状掺杂、锥形纳米棒状、短柱状、菜花状等形貌各异的六方纤锌矿纳米ZnO。研究表明,制备所得纳米ZnO光致发光性能和粒径分布均受反应体系p H值的影响,控制水热反应体系p H值11.5时,纳米ZnO形貌均一,粒径分布在100~500 nm,分布范围较窄,平均粒径在200 nm左右。选择γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)对纳米ZnO进行表面包覆改性,使纳米ZnO表面连接环氧基团,得到KH560@ZnO。改性后纳米ZnO的XRD光谱衍射峰与标准图谱的峰位置基本一致,但衍射峰强度增强,KH560的添加没有改变纳米ZnO的结晶构造;红外光谱图显示KH560@ZnO的-OH伸缩振动峰相对强度变弱,C-H伸缩振动峰以及Si-O键的特征峰产生较大位移,说明ZnO表面上的羟基与KH560反应形成较强的氢键作用;重力沉降分析显示改性后的纳米ZnO分散性显著增强,沉降约7 h后吸光度比值(A/A0)由改性前的0.17提高至0.7,完全沉降所需时间延长;热分析表明在250~600℃内,改性后纳米ZnO的质量损失相对改性前增加3.14%,纳米ZnO成功接枝KH560的长链,接枝率为10.09%;KH560@ZnO的DSC曲线在278.3℃、339.6℃和457.8℃处各有一个放热峰,热焓值分别为39.3 J/g、7.3521 J/g和26.61 J/g,分别对应碳氢长链炭化分解放热、有机烷氧基团氧化燃烧放热、脱去羟基和部分剩余有机物。利用熔融共混法,KH560@ZnO与马铃薯淀粉和环氧氯丙烷交联,加入增塑剂甘油,经糊化获得KH560@ZnO淀粉复合半导体膜材料。X射线衍射表明KH560@ZnO与淀粉复合,仍维持淀粉和ZnO的晶型结构;红外光谱显示,KH560@ZnO淀粉复合膜与淀粉膜相比,-OH振动吸收峰宽化且相对强度变强,C-O特征吸收峰相对强度变强,C=O伸缩振动峰消失,说明KH560的环氧基团在淀粉糊化交联的成膜反应中参与形成醚键;SEM-EDS显示,12 wt%KH560@ZnO淀粉复合膜的表面形貌均匀,未出现明显团聚体,表明纳米ZnO经改性后,在复合膜材料中的含量显著提高,且分布均匀,团聚现象显著降低;力学性能测试表明5 wt%KH560@ZnO淀粉复合膜,拉伸强度达到30.3 MPa,比淀粉膜提高59%,7 wt%KH560@ZnO淀粉膜,断裂伸长率达到8.34%,比淀粉膜增加2.77倍;热分析显示,纳米ZnO的加入对淀粉复合膜材料的热分解产生一定的保护作用,相比淀粉膜,KH560@ZnO淀粉复合膜在125~225℃阶段存在新的热重变化曲线,质量损失率为19.47%,这是KH560@ZnO与淀粉反应形成的基团分解造成的热损失,进一步说明KH560参与淀粉膜糊化交联的成键反应。随着KH560@ZnO在淀粉复合膜材料中含量的增加,复合膜材料的紫外吸光度增加,复合膜受到紫外光照射时,纳米ZnO将紫外光吸收和散射,并被激发产生电子-空穴对,从而降低紫外光的透过性,表明KH560@ZnO淀粉复合膜对紫外光有较强的遮蔽性。测试菌悬液在波长为600 nm处的光密度,结果显示随着复合膜中KH560@ZnO含量的提高,细菌的生长对数期出现滞后甚至是消失,抑菌率也逐步增加,10wt%KH560@ZnO淀粉复合材料,抑菌率可达95%,水接触角相比淀粉膜的22.8°,接触角高达84°,疏水性愈强,愈能破坏生物被膜,提高抑菌性;光致发光研究表明,复合材料存在400 nm左右的紫外发射峰和550 nm左右的绿光发射峰,且在同等激发条件下,复合材料的光致发光强度随着KH560@ZnO含量的升高而增强,ZnO受到激发产生电子-空穴的效率提高,造成更多的细菌裂解死亡。
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