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镓铟氧/氮化物的静电纺制备及性能研究

作　者: 温鹏程
导　师: 王宏志
学　校: 东华大学
专　业: 仿生材料
关键词: 静电纺 氧化镓 氧化铟 氮化镓 氮化铟 荧光 气敏 光催化
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着对新型半导体材料研究的进一步深入,镓铟氧/氮化物半导体纳米材料因其量子尺寸效应,介电限域效应和独特的纳米结构而呈现出一系列新颖的光学、电学、气敏、光催化等特性。使它们在新器件、新技术等方面具有广阔的应用前景,在全球范围内得到众多的关注,并逐渐成为半导体材料研究的热点。一维氧/氮化物半导体纳米材料是一类重要的功能材料,其研究具有重要的现实意义。静电纺丝具有可控性好、技术简单、成本低等优点,其产品具有较高的比表面积,长径比和独特的网状结构,所以静电纺已成为制备一维纳米材料的一种重要方法。本文通过静电纺分别制备了氧化镓、氧化铟、氮化镓、氮化铟纳米纤维及氧化镓/氧化铟复合纳米纤维。以PVP和Ga(NO3)3/In(NO3)3为前驱体,采用静电纺丝技术并通过热处理制备了氧化镓、氧化铟纳米纤维。对制备的纤维进行了XRD、FT-IR、Raman、SEM、TG等表征,并对纤维的UV-vis和PL光谱及氧化铟纳米纤维的气敏性能进行了研究。结果表明氧化镓、氧化铟纳米纤维形貌均匀,分别具有单斜和体心立方结构；直径分别在100～300 nm和200～400 nm之间；纤维的最佳热处理温度为900℃；纤维的FT-IR和UV-vis光谱谱峰发生了蓝移,Raman光谱谱峰发生了红移；氧化镓纳米纤维得到了452 nm和526 nm的宽的蓝光和绿光发射,氧化铟纳米纤维得到了612 nm的宽的橙光发射,氧化铟纳米纤维气敏元件在5 V工作电压,1000 ppm气体浓度下对氨气和甲醇表现出了较好的选择性,在30天内气敏元件对氨气、甲醇、乙醇都表现出了较好的稳定性。在静电纺成功制备氧化镓、氧化铟纳米纤维的基础上,通过氮化处理制备了氮化镓、氮化铟纳米纤维。对制备的纤维进行了XRD、Raman、SEM、TEM、TG等表征,并对氮化镓纳米纤维的UV-vis光谱和PL光谱及对罗丹明6G的光催化性能进行了研究。结果表明纤维形貌均匀,具有六方纤锌矿结构,直径分别在100～200 nm和200～400 nm之间；氮化镓、氮化铟纳米纤维的最佳氮化温度分别为850℃和600℃,保温时间分别为2h和8h；氮化镓纤维在空气和氮气气氛下相比氮化铟纤维具有更好的稳定性；纤维的UV-vis光谱谱峰发生了蓝移,Raman光谱的谱峰发生了红移；氮化镓纳米纤维得到了612 nm的宽的红光发射；氮化镓纳米纤维对罗丹明6G表现出了较好的光催化性能,降解浓度为10-5mol/L的罗丹明6G溶液大约需要2h。在静电纺丝成功制备氧化镓、氧化铟纳米纤维的基础上,通过对静电纺设备的简单改进制备了氧化镓/氧化铟复合纳米纤维,并通过XRD、SEM、EDS等对纤维进行了表征。结果表明,纤维形貌均匀,其直径在100～400 nm之间；复合纤维的最佳热处理温度为900℃。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-28
  1.1 镓铟氧/氮化物的基本性质及应用  11-15
    1.1.1 氧化镓的基本性质及应用  11-13
    1.1.2 氧化铟的基本性质及应用  13
    1.1.3 氮化镓的基本性质及应用  13-14
    1.1.4 氮化铟的基本性质及应用  14-15
  1.2 镓铟氧/氮化物的制备方法  15-20
    1.2.1 镓铟氧/氮化物半导体薄膜的制备  15-16
    1.2.2 镓铟氧/氮化物半导体纳米材料的制备  16-20
  1.3 静电纺技术概述  20-24
    1.3.1 静电纺丝的发展历程  20-21
    1.3.2 静电纺丝技术的原理  21
    1.3.3 静电纺丝的特点及应用  21-22
    1.3.4 静电纺丝的影响因素  22-24
  1.4 静电纺制备镓铟氧/氧氮化物纳米纤维的研究进展  24-27
    1.4.1 静电纺氧化镓纳米纤维  24-25
    1.4.2 静电纺氧化铟纳米纤维  25-26
    1.4.3 静电纺氮化镓纳米纤维  26-27
  1.5 本课题的研究内容及意义  27-28
第二章 氧化镓/氧化铟纳米纤维的静电纺制备及性能  28-50
  2.1 引言  28-29
  2.2 实验过程  29-32
    2.2.1 实验原料  29
    2.2.2 合成方法  29-31
    2.2.3 表征方法  31-32
  2.3 实验结果及讨论  32-49
    2.3.1 氧化镓、氧化铟的结构表征  32-38
    2.3.2 氧化镓、氧化铟纳米纤维的热学性质  38-39
    2.3.3 氧化镓、氧化铟纳米纤维的形貌分析  39-40
    2.3.4 氧化镓、氧化铟的光学性能分析  40-45
    2.3.5 氧化铟的气敏性能  45-49
  2.4 本章小结  49-50
第三章 氮化镓/氮化铟纳米纤维的静电纺制备及性能  50-72
  3.1 引言  50
  3.2 实验过程  50-52
    3.2.1 实验原料  50-51
    3.2.2 合成方法  51
    3.2.3 表征方法  51-52
  3.3 实验结果及讨论  52-71
    3.3.1 氮化镓、氮化铟纳米纤维的结构表征  52-59
    3.3.2 氮化镓、氮化铟纳米纤维的热学稳定性分析  59-63
    3.3.3 氮化镓、氮化铟纳米纤维的形貌分析  63-64
    3.3.4 氮化镓纳米纤维性能分析  64-68
    3.3.5 氮化铟纳米纤维的光催化性能  68-71
  3.4 本章小结  71-72
第四章 氧化镓/氧化铟复合纤维静电纺制备的初步探索  72-79
  4.1 引言  72
  4.2 实验过程  72-75
    4.2.1 实验原料  72-73
    4.2.2 合成方法  73-74
    4.2.3 表征方法  74-75
  4.3 实验结果及讨论  75-78
    4.3.1 氧化镓/氧化铟纳米纤维的结构表征  75-76
    4.3.2 氧化镓/氧化铟复合纳米纤维的形貌分析  76
    4.3.3 氧化镓/氧化铟复合纳米纤维的元素分析  76-78
  4.4 本章小结  78-79
第五章 全文总结  79-80
参考文献  80-85
附录1: 硕士期间所撰写的论文及中请的专利  85-86
致谢  86

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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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