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铟锡氧化物纳米微粒表面修饰研究及其悬浮液的制备

作　者: 齐天骄
导　师: 黄奕刚；邓建国
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 铟锡氧化物 表面活性剂 表面改性 稳定分散性 光电性质
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


纳米氧化铟锡[In2O3(SnO2)]是一种N型半导体材料,以其良好的电导、透光性能而成为电子行业显示器、显像管防静电、防辐射、防眩目的热点材料。传统的制备ITO膜方法是真空溅射法,但该方法所需设备复杂,工序多,成本高,而ITO粉体为基的涂膜技术为下一代的印刷电路、导电薄膜制备提供了新的思路。因此,如何制备ITO纳米悬浮液及保持其稳定性成为应用过程中研究重点。本文采用物理和化学改性的方法,分别用阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、高分子表面活性剂和硅烷偶联剂对铟锡氧化物进行表面修饰以改进其悬浮液的稳定性；采用红外光谱(IR)、X射线电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)和分散性实验等手段对表面改性后的纳米铟锡氧化物进行分析表征,并且试验了不同用量的表面活性剂对ITO纳米悬浮液稳定性的影响,3%-4%的用量可以达到最佳的分散效果；对试验条件进行优化,在最佳条件下成功地制备了能稳定存在的ITO纳米悬浮液。对表面修饰后的ITO纳米悬浮液涂膜进行光学和电学性质的测试,改性后的ITO薄膜透光率变化不大,但导电性质相差悬殊；经试验得出,聚乙烯吡咯烷酮既可以使纳米铟锡氧化物悬浮液稳定性良好,又不影响其电学性质,是最佳的表面活性剂。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-10
第一章 绪论  10-28
  1.1 纳米微粒的基本性能  10-12
    1.1.1 量子尺寸效应  10
    1.1.2 宏观量子隧道效应  10
    1.1.3 小尺寸效应  10
    1.1.4 表面效应  10-11
    1.1.5 库伦堵塞与量子隧穿  11
    1.1.6 介电限域效应  11-12
    1.1.7 光学性质  12
    1.1.8 电学性质  12
  1.2 ITO纳米粉体的特性及应用  12-15
    1.2.1 ITO的基本特性  12-14
    1.2.2 ITO纳米粉体的性能与应用  14-15
      1.2.2.1 电学性能  14
      1.2.2.2 光学性能  14
      1.2.2.3 ITO粉体的应用  14-15
  1.3 ITO薄膜的制备  15-17
    1.3.1 磁控溅射法  15-16
    1.3.2 化学气相沉积(CVD)法  16
    1.3.3 喷雾热分解法  16
    1.3.4 水热法  16
    1.3.5 溶胶-凝胶法  16
    1.3.6 直接分散法  16-17
  1.4 纳米粒子的表面改性方法  17-24
    1.4.1 纳米粒子物理修饰  18-19
    1.4.2 纳米粒子化学修饰  19-20
      1.4.2.1 偶联剂法  19-20
      1.4.2.2 酯化法  20
      1.4.2.3 表面接枝改性法  20
    1.4.3 表面活性剂修饰法  20-23
      1.4.3.1 包覆作用  21-22
      1.4.3.2 键合作用  22
      1.4.3.3 单分子层表面修饰  22-23
    1.4.4 其他表面修饰法  23-24
      1.4.4.1 双电层法  23-24
      1.4.4.2 分散剂法  24
  1.5 研究背景及意义  24-25
  1.6 技术路线及实施内容  25-28
    1.6.1 技术路线  25-26
    1.6.2 实施方案  26-27
    1.6.3 课题研究中的创新点  27-28
第二章 实验部分  28-32
  2.1 实验原料及仪器  28-29
    2.1.1 实验原料  28
    2.1.2 仪器设备  28-29
  2.2 实验方法  29
    2.2.1 物理改性方法  29
    2.2.2 化学改性方法  29
  2.3 测试方法及原理  29-32
    2.3.1 纳米粉体的成份分析  30
    2.3.2 纳米粉体的晶体结构分析  30
    2.3.3 纳米粉体的表面与介面分析  30-31
      2.3.3.1 粒度分析  30
      2.3.3.2 比表面积的测定  30-31
      2.3.3.3 表面电荷的表征  31
    2.3.4 纳米粉体的形貌分析  31
    2.3.5 电阻测试  31
    2.3.6 透光率测试  31-32
第三章 表面活性剂对铟锡氧化物纳米悬浮液稳定性的影响  32-73
  3.1 引言  32
  3.2 ITO纳米微粒结构分析  32-33
  3.3 阴离子表面活性剂对ITO纳米微粒的表面修饰  33-46
    3.3.1 十二烷基磺酸钠(SDBS)对ITO纳米微粒的表面修饰研究  34-37
      3.3.1.1 分散性试验  34-35
      3.3.1.2 红外图谱分析  35-36
      3.3.1.3 TEM分析  36
      3.3.1.4 SDBS含量对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  36-37
    3.3.2 硬脂酸对ITO纳米微粒的表面修饰研究  37-40
      3.3.2.1 红外图谱分析  37-38
      3.3.2.2 TEM分析  38-39
      3.3.2.3 XPS分析  39-40
    3.3.3 油酸对ITO纳米微粒的表面修饰研究  40-43
      3.3.3.1 红外图谱分析  41
      3.3.3.2 TEM分析  41-43
    3.3.4 十二烷基硫酸钠(SDS)对ITO纳米微粒的表面修饰研究  43-46
      3.3.4.1 分散性试验  43
      3.3.4.2 红外图谱分析  43-44
      3.3.4.3 TEM分析  44-45
      3.3.4.4 SDS含量对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  45-46
  3.4 阳离子表面活性剂对ITO纳米微粒的表面修饰  46-50
    3.4.1 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对ITO纳米微粒的表面修饰研究  46-49
      3.4.1.1 分散性试验  46-47
      3.4.1.2 红外图谱分析  47-48
      3.4.1.3 TEM分析  48
      3.4.1.4 CTAB含量对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  48-49
    3.4.2 HX-4010对ITO纳米微粒的表面修饰研究  49-50
      3.4.2.1 红外图谱分析  49-50
      3.4.2.2 分散性试验  50
  3.5 非离子表面活性剂对ITO纳米微粒的表面修饰  50-58
    3.5.1 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对ITO纳米微粒的表面修饰研究  50-56
      3.5.1.1 ITO纳米粉体的XPS分析  52-53
      3.5.1.2 红外图谱分析  53-54
      3.5.1.3 TEM分析  54-55
      3.5.1.4 分散性试验  55
      3.5.1.5 PVP含量对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  55-56
    3.5.2 聚乙二醇(PEG-4000)对ITO纳米微粒的表面修饰研究  56-58
      3.5.2.1 红外分析图谱  56-57
      3.5.2.2 TEM分析  57
      3.5.2.3 分散性试验  57-58
  3.6 硅烷偶联剂型表面活性剂对ITO纳米微粒的表面修饰  58-65
    3.6.1 KH-570对ITO纳米微粒的表面修饰研究  58-62
      3.6.1.1 红外图谱分析  59
      3.6.1.2 XPS分析  59-60
      3.6.1.3 TEM分析  60-61
      3.6.1.4 分散性实验  61-62
      3.6.1.5 KH570用量对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  62
    3.6.2 HX-4030对ITO纳米微粒的表面修饰研究  62-65
      3.6.2.1 分散性试验  62-63
      3.6.2.2 红外图谱分析  63
      3.6.2.3 TEM分析  63-64
      3.6.2.4 不同加入量对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  64-65
  3.7 高分子表面活性剂对ITO纳米微粒的表面修饰  65-69
    3.7.1 HX-4800对ITO纳米微粒的表面修饰研究  65-67
      3.7.1.1 红外图谱分析  65-66
      3.7.1.2 TEM分析  66
      3.7.1.3 分散性试验  66-67
    3.7.2 HX-8800对ITO纳米微粒的表面修饰研究  67-69
      3.7.2.1 红外图谱分析  67-68
      3.7.2.2 TEM分析  68
      3.7.2.3 分散性试验  68-69
      3.7.2.4 不同用量对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  69
  3.8 表面改性机理分析  69-71
  3.9 结论  71-73
第四章 试验条件对铟锡氧化物纳米悬浮液稳定性的影响  73-81
  4.1 引言  73
  4.2 pH值对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  73-74
  4.3 超声时间及超声功率对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  74-75
  4.4 分散介质对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  75-76
  4.5 混合表面活性剂对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  76-78
  4.6 反应时间对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  78-79
  4.7 反应温度对ITO纳米悬浮液稳定性的影响  79-80
  4.8 结论  80-81
第五章 铟锡氧化物导电膜的光电性质  81-85
  5.1 引言  81
  5.2 ITO纳米悬浮液涂膜的光学性质  81-82
  5.3 ITO纳米悬浮液涂膜的电学性质  82-83
  5.4 结论  83-85
第六章 结论  85-87
致谢  87-88
参考文献  88-92
附录  92

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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