纳米氧化锌常压/超高压下的烧结及其结构与性能

论文题目: 纳米氧化锌常压/超高压下的烧结及其结构与性能

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 秦秀娟

导师: 王文魁,刘日平

关键词: 纳米,陶瓷粉体,烧结,晶粒生长,高压,压致碎化,硬度,特性,光吸收

文献来源: 燕山大学

发表年度: 2005

论文摘要: 纳米ZnO以纳米材料和重要半导体氧化物两方面的完美结合吸引了广大的科研工作者,成为近年来研究的热点。本文在成功制备出纳米 ZnO 陶瓷粉体的基础上,对纳米 ZnO 粉体的素坯成型,常压烧结行为进行了系统的研究。同时,对纳米 ZnO高压下的晶粒演化进行了较为深入的探讨。在常压和高压下,成功的制备出了高密度 ZnO 纳米块体材料,并对其显微硬度,电性能和光吸收特性进行了研究。 采用均匀沉淀法制备纳米 ZnO 陶瓷粉体。运用干法成型方式系统讨论了致密化过程中素坯密度、烧结温度和时间对 ZnO 纳米烧结体的微观结构,密度和晶粒尺寸的影响,应用晶粒生长动力学唯象理论计算了纳米 ZnO 常压烧结晶粒生长的表观活化能、晶粒生长速率常数和晶粒生长的动力学指数。利用六面顶高压设备研究纳米ZnO 高压下的晶粒演化行为。 运用 X 射线衍射（XRD）, 场发射扫描电子显微镜（FEG）, 透射电镜（TEM, HRTEM）, 差示扫描量热分析（DSC）等手段对样品的组成,微观结构和形貌进行了分析和表征。采用显微硬度仪,MY-1 型三参数测试仪,双光束紫外可见分光光度计测定了 ZnO 纳米块体材料的硬度,电性能和光吸收特性。研究了微观结构对 ZnO纳米块体材料性能的影响。 制备的纳米 ZnO 陶瓷粉体纯度大于 99.5%,粒子形貌为球形或类球形、分散性良好,粒度分布均匀,平均粒径尺寸 20nm, 最大晶粒尺寸 35nm, 品质符合烧结要求D最大<2D平均。 获得了常压烧结制备 ZnO 纳米块体材料的优化条件:重复成型,700℃烧结 2h。烧结体相对密度 91.2%,晶粒尺寸 50-60nm。纳米 ZnO 常压烧结晶粒生长的动力学方程为: G6=1.52×1012t exp（-6.4×104/RT ） nm6·h-1 冷高压调制下,纳米 ZnO 中存在着压致晶粒碎化现象。300℃、6GPa 制得了晶粒尺寸 40-50nm,相对密度大于 99%的 ZnO 纳米块体。计算出 300℃,压力分别为1-3GPa 和 4-6GPa 的激活体积为-5.82cm3/mol, 9.66cm3/mol。 常压烧结体的显微硬度随烧结温度的升高,呈现出先增大后减小的现象,硬度普遍较低。高压烧结体的硬度与理想致密 ZnO 的硬度很接近。高密度 ZnO 纳米烧结体具有非线性伏安特征,且相对密度越高,晶粒尺寸越小,其非线性特征越明显。

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 纳米材料的分类及研究内容

1.1.1 纳米材料按空间形态的分类

1.1.2 纳米材料的研究内容

1.2 氧化锌的结构及纳米氧化锌的主要性能

1.2.1 氧化锌的结构

1.2.2 纳米氧化锌的光学性质

1.2.3 纳米氧化锌的生物特性

1.2.4 纳米氧化锌的化学性质

1.2.5 纳米氧化锌的半导体性质

1.2.6 纳米氧化锌的力学性质

1.3 纳米块体材料的主要性能

1.3.1 力学性能

1.3.2 热学性能

1.3.3 纳米块体材料中的原子扩散

1.3.4 光学性能

1.3.5 磁学性能

1.3.6 电学性能

1.4 国内外金属氧化物纳米块材的研究现状

1.5 高压合成纳米块体材料的方法

1.5.1 高压合成纳米块体材料的方法

1.5.2 高压合成纳米块体材料性能的研究

1.6 本文的研究背景及研究内容

1.6.1 本文的研究背景

1.6.2 本文的研究内容

第2章 试验方法

2.1 样品形貌、结构的表征

2.1.1 X 射线衍射实验

2.1.2 场发射扫描电镜实验

2.1.3 透射电镜、高分辨透射电镜实验

2.1.4 差示扫描量热分析实验

2.1.5 拉曼光谱实验

2.2 样品性能测试方法

2.2.1 密度

2.2.2 硬度

2.2.3 电性能

2.2.4 光吸收

2.3 高压实验方法

2.3.1 高压样品的制备

2.3.2 高压试样组装

第3章 氧化锌纳米陶瓷粉体的制备

3.1 引言

3.2 制备方法及工艺条件

3.2.1 制备方法

3.2.2 制备工艺条件

3.3 工艺参数对氧化锌纳米陶瓷粉体品质的影响

3.3.1 反应物浓度对制备产物粒径及收率的影响

3.3.2 反应温度对制备产物粒径及收率的影响

3.3.3 反应时间对制备产物粒径及收率的影响

3.3.4 溶液pH 值对制备产物品质的影响

3.3.5 分解温度对制备产物粒径的影响

3.4 氧化锌纳米陶瓷粉体的表面改性

3.5 氧化锌纳米陶瓷粉体的表征

3.6 本章小结

第4章 常压下纳米 ZnO 的烧结行为

4.1 引言

4.2 素坯的成型

4.2.1 一次成型

4.2.2 重复成型

4.2.3 超高压成型

4.3 常压下纳米 ZnO 的烧结行为

4.3.1 一次成型素坯的烧结行为

4.3.2 重复成型素坯的烧结行为

4.3.3 超高压成型素坯的烧结行为

4.4 本章小结

第5章 纳米氧化锌高压下的晶粒演化行为

5.1 引言

5.2 纳米氧化锌冷高压下的晶粒碎化行为

5.3 纳米氧化锌热高压下的晶粒演化行为

5.3.1 高压低温下纳米氧化锌的晶粒演化规律

5.3.2 高压高温下纳米氧化锌的晶粒演化规律

5.4 本章小结

第6章 氧化锌纳米块材的性能

6.1 引言

6.2 氧化锌纳米块材的硬度

6.3 氧化锌纳米块材的伏安特性

6.4 氧化锌纳米块材的光吸收特性

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

燕山大学博士学位论文原创性声明

作者简介

发布时间: 2005-07-22

参考文献

• [1].TiC/a-C：H薄膜的制备及性能研究[D]. 胡亚威.上海交通大学2007
• [2].微纳半导体陶瓷及其敏感元件研究[D]. 刘欢.华中科技大学2008
• [3].纳米材料高压行为的研究[D]. 王晖.浙江大学2010
• [4].纳米结构材料塑性变形行为及其强韧机理研究[D]. 朱亚新.华中科技大学2016
• [5].羟基磷灰石/氧化锆生物复合材料制备与性能研究[D]. 王莉丽.陕西科技大学2014
• [6].电沉积纳米晶镍及镍钴合金的微观组织和性能研究[D]. 秦丽元.吉林大学2010
• [7].冷轧纳米金属镍的微结构演变研究[D]. 贾冲.西南交通大学2009
• [8].稀土碳酸盐制备铈基稀土抛光粉的研究[D]. 李学舜.东北大学2008
• [9].纳米陶瓷制备工艺研究[D]. 沈利亚.兰州大学2009

相关论文

• [1].纳米氧化锌的形貌控制及性能研究[D]. 吴长乐.华中科技大学2008
• [2].纳米氧化锌薄膜的结构和光学特性研究[D]. 张喜田.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）2002
• [3].稀土氧化物及纳米氧化锌掺杂压敏材料的制备及机理研究[D]. 严群.四川大学2003
• [4].ZnO薄膜制备及性质研究[D]. 马勇.重庆大学2004
• [5].微孔晶体中纳米碳和纳米氧化锌的制备与表征[D]. 奚春宇.吉林大学2004
• [6].氧化锌薄膜的制备及性能研究[D]. 范希梅.吉林大学2005
• [7].纳米氧化锌的制备及其光学性能研究[D]. 吴莉莉.山东大学2005
• [8].H2O2溶液反应法制备纳米氧化锌颗粒及表征[D]. 赵士超.浙江大学2006
• [9].氧化锌低维纳米结构的制备及发光研究[D]. 陈世建.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）2006
• [10].纳米氧化锌的控制制备及其光催化性能的研究[D]. 王辉虎.华中科技大学2006

标签：纳米论文;  陶瓷粉体论文;  烧结论文;  晶粒生长论文;  高压论文;  压致碎化论文;  硬度论文;  特性论文;  光吸收论文;