ZAO靶材的制备及性能测试

论文摘要

ZAO是在ZnO中掺杂少量的Al2O3,形成的一种n型半导体。它的性能可以与ITO（Sn2O3:In）相媲美,因此ZAO目前越来越受到广泛的重视。本文用直接沉淀法制备纳米ZnO、Al2O3粉体,高温能量球磨法制备纳米ZAO复合粉体,在此基础上研究了ZAO靶材的制备条件对其性能的影响。以ZnSO4·7H2O和NH4HCO3为原料,用直接沉淀法制备纳米ZnO粉体。讨论了锌离子浓度、煅烧温度对粉体性能的影响。以AICl3·6H2O和NH4HCO3为原料,用直接沉淀法制备纳米Al2O3粉体。分别采用马弗炉高温煅烧和高温能量球磨两种方法制备ZAO复合粉体。用差热-热重（TG-DTA）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等检测方法对粉体进行了性能表征。讨论了Al2O3掺杂量、烧结温度对ZAO靶材电阻率、致密度的影响。实验结果表明：在最佳条件（溶液pH=7.5、反应温度为80℃、NH4HCO3溶液浓度为1.6 mol/L、Zn2+浓度为0.5 mol/L、煅烧温度为700℃）下制得的纳米ZnO粉体的平均粒径约为47nm,在1100℃煅烧制备的Al2O3粉体的平均粒径约为50nm,粒度分布均匀,表面形貌呈球型,纯度高。通过对比马弗炉和球磨机两种方法制备的ZAO复合粉体的平均粒径大小,粒度分布,以及表面形貌等,可知高温能量球磨法能在较低温度下制得性能良好的纳米粉体材料。ZAO靶材的最佳制备条件：Al2O3质量掺杂量为3%,烧结温度为1300℃,此条件下制备的靶材的电阻率为8.2×10-2Ω·cm,相对密度为90.8%。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米科学与技术
• 1.2 纳米材料与纳米半导体材料
• 1.2.1 纳米材料的定义
• 1.2.2 材料的纳米效应
• 1.2.3 纳米半导体材料
• 1.2.3.1 纳米半导体材料特性
• 1.2.3.2 纳米半导体材料的应用前景
• 1.3 ZAO复合材料及其应用前景
• 1.3.1 ZAO复合材料的结构特性及导电机理
• 1.3.2 ZAO复合粉体的应用
• 1.3.2.1 在化妆品、纺织品及陶瓷制品等生产、生活用品中的应用
• 1.3.2.2 用于表面声波器件
• 1.3.2.3 ZAO发光二极管（LEDs）和激光二极管（LDs）
• 1.3.2.4 热阻挡层
• 1.3.2.5 平板显示器
• 1.3.2.6 电磁屏蔽
• 1.3.2.7 用于气敏材料
• 1.4 论文的研究意义和研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 纳米ZnO的制备及性能表征
• 2.1 直接沉淀法的原理及特点
• 2.2 实验试剂与仪器
• 2.3 纳米ZnO粉体的制备及性能表征
• 2.3.1 实验步骤
• 2.3.2 粉体的性能表征方法
• 2.3.3 结果与讨论
• 2.3.3.1 差热-热重分析
• 2.3.3.2 X射线衍射分析
• 2.3.3.3 扫描电镜分析
• 2.4 本章小结
• 2O₃的制备及性能表征'>第3章 纳米Al₂O₃的制备及性能表征
• 3.1 实验试剂与仪器
• 3.2 实验步骤
• 2O₃粉体的性能表征'>3.3 纳米Al₂O₃粉体的性能表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 差热-热重分析
• 3.4.2 X射线衍射分析
• 3.4.3 扫描电镜分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 纳米ZAO复合粉体的制备及表征
• 4.1 马弗炉高温煅烧制备纳米ZAO复合粉体
• 4.1.1 实验试剂及仪器
• 4.1.2 实验步骤
• 4.1.3 复合粉体性能表征
• 4.1.4 结果与讨论
• 4.1.4.1 X射线衍射分析
• 4.1.4.2 扫描电镜分析
• 4.2 高温能量球磨法制备纳米ZAO复合粉体
• 4.2.1 高温能量球磨法
• 4.2.2 机械合金化方法
• 4.2.2.1 机械合金化的应用
• 4.2.2.2 机械力合金化反应的过程
• 4.2.2.3 机械力合金化反应的原理
• 4.2.2.4 机械力合金化反应与单纯的固相化学反应的对比
• 4.2.3 实验步骤
• 4.2.4 复合粉体性能表征
• 4.2.5 结果与讨论
• 4.2.5.1 X射线衍射分析
• 4.2.5.2 扫描电镜分析
• 4.3 两种纳米ZAO复合粉体制备方法的比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 ZAO靶材的制备及性能表征
• 5.1 靶材的烧结过程及机理
• 5.1.1 烧结的基本类型
• 5.1.2 烧结过程
• 5.1.3 烧结推动力
• 5.1.4 烧结机理
• 5.1.4.1 颗粒的黏附作用
• 5.1.4.2 物质的传递
• 5.1.5 烧结过程中的动力学关系
• 5.2 直流四探针法简介
• 5.3 实验仪器
• 5.4 实验步骤
• 5.5 结果与讨论
• 5.5.1 ZAO靶材电阻率的测定
• 5.5.2 ZAO靶材致密度的测定
• 5.5.3 X射线衍射分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢