In2O3纳米结构材料的控制合成、反应机制与性质的研究

论文摘要

本论文主要探讨了利用液相化学法对Ⅲ-Ⅵ族半导体氧化物—氧化铟（In2O3）纳米结构材料的控制合成。分别从颗粒制备，形成机制，以及性质表征和应用研究三个方面进行了论述，内容涉及亚稳相刚玉结构（corundum-typestructure）In2O3纳米管的尺寸控制、形成机制、场效应晶体管（FET）性质，水介质和非水介质中立方In2O3纳米晶的尺寸控制、控制机制、气体传感性质、光学性质等。通过对In2O3纳米结构材料的控制合成和性质表征以及器件制备及性能方面的研究，旨在探索纳米颗粒、纳米晶控制合成的内在调控机制以及纳米颗粒的尺寸、形貌等参数其对器件应用方面的影响。 1．温和条件下InOOH纳米管和亚稳相In2O3纳米管的合成及场效应晶体管性能 将InCl3·4H2O溶解于无水乙醇中，以十二烷基苯磺酸钠和甲酰胺为添加剂在140℃的温和条件下反应一定时间就可以得到管状InOOH。红外光谱和热重分析以及透射电镜观察表明，反应初期首先形成含一定水的铟中间产物，其中部分Cl-离子被十二烷基苯磺酸根取代，然后通过自组装形成柳叶状的纳米线聚集体。随着时间的延长，这些线状物质慢慢变粗且逐渐散开，并逐渐形成管状结构。不同反应时间得到产物的X-射线粉末衍射表明这一过程中主要进行了水解形成In（OH）3和脱水形成InOOH的反应。前者在开始阶段占主导，随着时间的延长后者渐渐加强。正是这一水解与脱水并行的过程保证了InOOH纳米管的形成。由于In（OH）3纳米线比InOOH具有更大的溶解性，先形成的In（OH）3会慢慢的溶解，然后通过异相形核和生长的方式在In（OH）3纳米棒（线）的表面上形成新的InOOH。当内部所有的In（OH）3溶解后就形成了直径增大并且中空的InOOH纳米管。这种机制的实质是以先形成的In（OH）3纳米棒（线）为模板而完成的。进一步的红外光谱和热重分析表明，产物InOOH纳米管仍然带有一定量的十二烷基苯磺酸根和水。接下来对InOOH纳米管在常压下于300℃进行退火处理，使其进一步完全脱水转变成In2O3。正是InOOH纳米管上依然存在的十二烷基苯磺酸根使得表面能降低，从而在退火过程中降低了物相转变的驱动

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无机纳米材料的控制合成
• 1.3 氧化物纳米颗粒的制备概况
• 2O₃纳米材料的国内外研究概况及本论文的选题意义'>1.4 In₂O₃纳米材料的国内外研究概况及本论文的选题意义
• 1.5 参考文献
• 2O₃纳米管的制备及其电性能表征'>第二章 亚稳相超细In₂O₃纳米管的制备及其电性能表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2O₃纳米管的制备'>2.2.1 In₂O₃纳米管的制备
• 2.2.1 表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 溶剂热反应合成InOOH纳米管前驱体
• 2O₃纳米管的合成'>2.3.2 亚稳六方结构的In₂O₃纳米管的合成
• 2O₃纳米管FETs的制备及电性能的测试'>2.3.3 In₂O₃纳米管FETs的制备及电性能的测试
• 2.4 本章小结
• 2.5 参考文献
• 2O₃纳米晶的合成、表征以及气敏性质的测定'>第三章 In₂O₃纳米晶的合成、表征以及气敏性质的测定
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 2O₃纳米晶的合成'>3.2.1 In₂O₃纳米晶的合成
• 3.2.2 表征
• 3.3 结果与讨论
• 2O₃纳米晶的制备'>3.3.1 In₂O₃纳米晶的制备
• 2O₃纳米晶的光学性质表征'>3.3.2 In₂O₃纳米晶的光学性质表征
• 3.3.3 气敏性质
• 2O₃气敏元件的制造和测试方法'>3.3.3.1 In₂O₃气敏元件的制造和测试方法
• 2O₃气敏性质的表征'>3.3.3.2 In₂O₃气敏性质的表征
• 3.4 本章小结
• 3.5 参考文献
• 2O₃纳米晶'>第四章 利用新的前驱体溶剂热合成4-10nm范围内大小可控的In₂O₃纳米晶
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 制备铟前驱体
• 2O₃纳米晶'>4.2.2 合成尺寸可控的In₂O₃纳米晶
• 4.2.3 表征
• 4.3 结果与讨论
• 2O₃纳米晶的制备'>4.3.1 In₂O₃纳米晶的制备
• 4.3.2 反应机理的探讨
• 2O₃纳米晶的光学性质表征'>4.3.3 In₂O₃纳米晶的光学性质表征
• 4.4 本章小结
• 4.4 参考文献
• 结束语
• 致谢
• 攻读博士期间发表和待发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表