氧化锌 氧化铈 氮化镓和氧化铋等纳米材料的制备及其性能研究

论文摘要

纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着重要影响的研究对象，也是纳米科技中最活跃、最接近应用的重要组成部分。纳米尺度下所具有的诸多性能，如量子尺寸效应、小尺寸效应以及表面效应等会对低维纳米材料的输运和光学性能产生重要影响，同时会在低维纳米体系中实现比常规体材料更为优越的电、光、磁和机械性能。近年来，对纳米材料及其性能的研究取得了巨大的进步，但仍有很多问题需要解决，也充满了机遇。 目前，如何采用有效的制备方法合成纳米材料并对其微结构和有关性能进行研究是不少研究人员关注的问题。 本论文工作主要采用水热法和气相沉积法制备ZnO、CeO2、GaN和Bi2O3等纳米材料，采用X射线粉末衍射仪、扫描电镜、透射电镜、拉曼散射光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪及紫外光谱仪等分析测试手段进行分析，并对其形貌特征、微结构、部分物理性质和机理进行了系统的研究，研究分析了工艺条件、制备方法等对ZnO、CeO2、GaN和Bi2O3纳米结构的影响。主要研究结果如下： 氧化锌作为代表性第三代宽带隙半导体材料，对其纳米材料的研究引起研究人员的广泛关注。论文采用水热法，以ZnCl2和NaOH为原料得到[Zn（OH）4]2-溶液，以此溶液为前驱体，在不同的原料比和反应条件下制备出了一系列的一维纳米材料——ZnO纳米棒。用扫描电镜对其形貌对比分析，用透射电镜对其微结构进行了表征，表明所制备的一维纳米材料是六方单晶氧化锌纳米棒。研究分析了添加剂PEG对ZnO纳米晶的析出、生长速率和成长形态等特征的影响机理，PEG分子吸附Zn2+阳离子，使表面电荷密度增加、表面张力降低、成核能垒降低从而提高ZnO纳米晶析出与生长速率，PEG对ZnO晶体生长取向的诱导作用和成长形态特征有重要影响。研究了水热反应中的溶液环境对粒子形态和尺寸的影响情况，醇—水的环境可以控制ZnO42-从液相到晶体表面的释放速度，得到形态均匀的纳米棒。 纳米稀土氧化物CeO2是一种用途极广的新型功能材料，在整个稀土的应用中占举足轻重的地位，其应用开发前景十分广阔。以水、乙醇和乙二胺为溶剂用水热法制备了单晶CeO2纳米棒。利用XRD和SAED进行了物相分析，利用高分辨透射电镜进行了形貌分析，结果表明所得到的CeO2纳米棒为立方萤石结构且CeO2纳米棒粒径分布窄，比较均匀，表面光滑。研究了溶剂乙醇和乙二胺的共同作用对反

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米科技的基本概念
• 1.2 纳米材料的发展历程
• 1.3 碳纳米管的研究
• 1.4 纳米材料的研究
• 1.4.1 纳米结构的分类
• 1.4.2 纳米材料的基本理论及性能
• 1.4.3 纳米材料的合成方法
• 1.4.4 纳米材料的应用
• 1.5 本论文的选题依据和主要研究内容
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验方法、装置及表征手段
• 2.1 样品制备系统及制备方法
• 2.1.1 化学气相沉积法
• 2.1.2 水热法
• 2.2 样品的表征手段
• 2.2.1 X射线粉末衍射分析
• 2.2.2 扫描电镜和电子能谱分析
• 2.2.3 透射电镜分析
• 2.2.4 拉曼光谱分析
• 参考文献
• 第三章 水热法制备氧化锌纳米棒
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 样品的分析和表征手段
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 样品的形貌观察
• 3.3.2 样品的微结构分析
• 3.3.3 样品的物相分析
• 3.3.4 氧化锌样品的红外光谱分析
• 3.3.5 氧化锌样品的紫外—可见吸收光谱
• 3.3.6 机理分析
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 水热法制备氧化铈纳米棒
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂和仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 样品的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 样品的X-射线衍射（XRD）物相分析
• 4.3.2 样品的形貌观察
• 4.3.3 机理分析
• 4.3.4 表面活性剂对产物的影响
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 气相沉积法制备氮化镓低维纳米结构
• 5.1 引言
• 5.2 氮化镓纳米线的制备与表征
• 5.2.1 实验部分
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.3 氮化镓纳米带的制备与表征
• 5.3.1 实验部分
• 5.3.2 结果与讨论
• 5.4 氮化镓纳米棱棒的制备与表征
• 5.4.1 实验部分
• 5.4.2 结果与讨论
• 5.5 工艺条件对氮化镓纳米结构影响的讨论
• 5.5.1 石英舟对氮化镓纳米结构的影响
• 5.5.2 衬底对氮化镓纳米结构的影响
• 5.6 氮化镓纳米材料的拉曼光谱分析
• 5.6.1 氮化镓纳米线的拉曼光谱讨论
• 5.6.2 氮化镓纳米带的拉曼光谱讨论
• 5.6.3 氮化镓纳米棱棒的拉曼光谱讨论
• 5.7 本章小结
• 参考文献
• 第六章 气相沉积法制备氧化铋纳米结构
• 6.1 引言
• 6.1.1 氧化铋的主要应用领域
• 2O₃的制备方法'>6.1.2 纳米Bi₂O₃的制备方法
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 试剂和设备
• 6.2.2 实验方法
• 6.2.3 样品的分析和表征手段
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 样品的形貌观察
• 6.3.2 样品的X-射线能谱分析
• 6.3.3 样品的微结构分析
• 6.3.4 衬底放置对制备纳米材料的影响
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 本文主要创新点
• 第七章 全文总结与研究展望
• 致谢
• 攻读博士期间发表的论文及获奖项目
• 学位论文评阅及答辩情况表