氮化钛基纳米材料的制备及其光热性能研究

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近年来,光热抗肿瘤治疗和太阳能光热蒸发水已经成为了人们研究的热点,许多新型的光热转换材料被成功制备出来,但是大部分制备的光热转换材料仍然具备许多缺点,比如较差的光热稳定性,低光热转换能力以及可疑的生物相容性等,并且考虑到其制备的复杂性,高成本和低产率,将其投入到实际应用中仍然具有巨大的挑战性。因此开发和设计具备优异光吸收能力,高效光热转换性能,优良光热稳定性以及良好生物安全性的多功能光热转换材料并将其应用于光热抗肿瘤治疗和太阳能光热蒸发水领域变得尤为重要。在本论文中我们首先通过溶胶-凝胶还原氮化法合成出了氮化钛纳米粒子(TiN纳米粒子),然后使用聚丙烯酸(PAA)对其进行表面修饰以提高其在生理溶液中的稳定性,最终获得了具备太阳能光热蒸发水和光热治疗性能的多功能光热转换材料(TiN-PAA纳米粒子)。通过进行稳定性测试以及光热性能测试,表明了合成的TiN-PAA纳米粒子具有较好的稳定性,并且表现出了强烈的近红外光吸收,可以以41.1%的光热转换效率将吸收的近红外光能有效地转换成热能。此外,在太阳能光热蒸发水实验中,TiN-PAA纳米粒子在太阳光谱下表现出了高达95%的光吸收,能够以1.52 kg·m-2·h-1的速率产生水蒸汽,其光热蒸发水效率高达95%。并且其经过长达30 h循环照射后,仍能以1.44 kg·m-2·h-1的平均速率进行水蒸汽的产生,表现出了良好的循环稳定性。同时,在一系列的体外细胞实验中,TiN-PAA纳米粒子表现出了优良的生物相容性,在近红外激光照射下,TiN-PAA纳米粒子不仅可以对癌细胞产生80%以上的光热杀伤,还表现出了高对比度的红外热成像特性,表明了TiN-PAA纳米粒子在生物医学领域的重要应用前景。本论文中通过简便方法制备的TiN-PAA纳米粒子可以作为新型的光热转换材料应用于太阳能光热蒸发水领域和光热抗衡肿瘤治疗中,这种多功能的纳米复合材料为设计和开发新型光热转换材料提供了一条新的可行路径。
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