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氧化锌及其复合材料的制备与性能研究

作　者: 赵云龙
导　师: 卢红霞
学　校: 郑州大学
专　业: 材料学
关键词: 氧化锌溶液法氧化铟微/纳米复合结构纳米片
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

氧化锌具有优异的光催化、光电、气敏、压电等性能,同时作为半导体材料又有成本低廉、无毒、制备简单等优点,因此一直被认为是解决目前能源、环境等问题的战略材料之一。本文在以前研究的基础上采用低温溶液体系制备了纳米氧化锌及氧化锌／氧化铟复合材料,研究了低温条件下氧化锌及其复合材料制备的影响因素,并在此基础上探讨了其形成机理,最终实现对其形貌的可控制备,同时对其性能进行了研究。此种方法具有工艺简单、对设备要求低、可重复、可规模化制备等优点。主要结论如下：以醋酸锌、氨水、六亚甲基四胺等为原料,在低温水溶液体系内研究了不同因素对氧化锌的影响,并对其生长机理进行了研究。1)在水浴条件下研究了温度对产物的影响,结果表明当温度低于40℃时,制备产物为氢氧化锌,当温度高于这一临界值时产物为氧化锌。2)研究发现添加剂的添加对氧化锌形貌有着重要的影响。当无添加剂时,生成的是1μm左右的氧化锌微米棒,尺寸不均一且出现团聚。当添加添加剂时发现氧化锌形貌变为纺锤状,尺寸为100nm左右,均一且没有团聚。这主要是由于添加剂的限制和诱导作用引起的。3)针对低温溶液法制备的氧化锌做了光致发光性能测试,结果显示低温制备的氧化锌主要包括有三个发光区域：紫外区(380-400nm)、蓝光区(460-480nm)、黄光区(540-580nm),同时本论文对其发光原理进行了阐述。4)研究发现这种纺锤状氧化锌对一氧化氮具有很好的气敏性和选择性在低温溶液法制备纳米氧化锌的基础上,本文采用原位合成法制备氧化锌／氧化铟微纳米复合结构。研究表明原位合成法制备的氧化锌／氧化钢复合材料为纺锤状氧化锌表面包裹颗粒状纳米In203的微纳米复合结构,In203颗粒尺寸均一、没有团聚。在对复合材料光致发光性能的研究中,我们发现In203的掺杂对复合材料的光致发光性能有很大影响,其中紫外峰出现50nm的红移并且强度降低,蓝光区相对强度增强,同时黄光发射区基本消失,分析可知这些现象主要是由于铟元素的掺入和热处理引起的。此外,氧化铟复合在很大程度上提高了氧化锌的气敏性能。本文尝试采用溶液法制备氧化锌及其复合薄膜。这种片状薄膜均一性好、没有团聚,具有很高的比表面积和介孔结构,是一种很好的支撑材料和功能材料。此方法工艺简单、成本低廉,是一种适合工业化生产的制备工艺。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-24
  1.1 引言  11
  1.2 氧化锌的研究现状  11-20
    1.2.1 氧化锌的结构及其性质  11-13
    1.2.2 氧化锌材料的应用  13-16
    1.2.3 氧化锌制备的研究现状及存在的问题  16-20
  1.3 氧化锌基复合材料的研究现状  20-22
    1.3.1 氧化锌基复合材料的研究意义  20
    1.3.2 氧化锌基复合材料的研究现状及存在的问题  20-22
  1.4 本课题的研究思路、内容及创新点  22-24
    1.4.1 本课题的研究思路  22-23
    1.4.2 研究内容及方案  23
    1.4.3 本课题的创新点  23-24
2 低温溶液法制备纳米氧化锌及其性能研究  24-46
  2.1 引言  24
  2.2 实验部分  24-26
    2.2.1 原料与试剂  24
    2.2.2 实验步骤  24-25
    2.2.3 表征手段  25-26
  2.3 结果与讨论  26-40
    2.3.1 产物物相与形貌分析  26-28
    2.3.2 反应温度对制备产物的影响  28-29
    2.3.3 反应时间对产物的影响  29
    2.3.4 添加剂对产物形貌的影响  29-30
    2.3.5 Zn~(2-)/OH~-对产物的影响  30-32
    2.3.6 低温溶液法制备纳米氧化锌原理分析  32-36
    2.3.7 制备的纳米氧化锌的光致发光分析  36-40
  2.4 纺锤状氧化锌气敏性能研究  40-45
    2.4.1 气敏原理及影响因素  40-41
    2.4.2 气敏测试方法  41
    2.4.3 纺锤状氧化锌气敏性能  41-45
  2.5 本章小结  45-46
3 氧化锌/氧化钢微纳米复合结构制备及其性能研究  46-64
  3.1 引言  46
  3.2 实验部分  46-48
    3.2.1 原料与试剂  46-47
    3.2.2 实验步骤  47
    3.2.3 表征手段  47-48
  3.3 结果与讨论  48-63
    3.3.1 产物物相及形貌分析  48-52
    3.3.2 反应物浓度对产物的影响  52-55
    3.3.3 添加剂对产物的影响  55-56
    3.3.4 反应机理研究  56
    3.3.5 纺锤状微米氧化锌/纳米氧化铟颗粒复合结构生长机理  56-58
    3.3.6 复合结构光致发光性能研究  58-59
    3.3.7 复合结构气敏性能研究  59-63
  3.4 本章小结  63-64
4 溶液法制备氧化锌/氧化钢复合薄膜  64-70
  4.1 引言  64
  4.2 实验部分  64-66
    4.2.1 原料与试剂  64-65
    4.2.2 实验步骤  65
    4.2.3 表征手段  65-66
  4.3 结果与讨论  66-69
    4.3.1 溶液法制备氧化锌微米片/氧化铟复合薄膜  66-67
    4.3.2 溶液法制备的氧化锌其他结构薄膜  67-69
  4.4 本章小结  69-70
5 全文结论及展望  70-72
参考文献  72-80
附录Ⅰ 硕士期间取得的主要成绩  80-81
附录Ⅱ 作者简历  81-82
致谢  82

氧化锌及其复合材料的制备与性能研究

内容摘要

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