收藏本站
《华中科技大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

二氧化锡纳米结构的合成、表征与性能研究

程国娥  
【摘要】: 纳米半导体材料以其新异的光学特性、电学特性、光电转换特性、光催化性能等引起了广泛的研究兴趣。合理设计纳米结构的合成,从材料的尺寸、形貌、维度、组成、晶体结构等方面进行调控,研究纳米结构与性能的关系,是纳米科技发展的重要组成部分,对实现按照人们的意愿设计合成功能材料具有重要的意义。本论文以SnO_2为研究对象,采用多种化学方法,以简单的无机盐为前驱体,在液相反应体系中通过引入聚合物做辅助剂、在SnO_2晶体中掺杂Zn、改变溶剂组成以及以天然棉花做模板等方法,得到了一些新的形貌和纳米结构,通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)及高分辨透射电镜(HRTEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、光致发光光谱(PL)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对产物进行了表征,讨论了纳米结构的形成机理,并对其性能进行了研究。主要内容如下: (1)分别以聚丙烯酸(PAA)、聚乙二醇(PEG 200)、聚乙烯醇(PVA 1799)三种聚合物为辅助剂,制备了几种不同的SnO_2纳米结构:首先,在溶液中利用聚丙烯酸(PAA)的辅助作用,通过溶剂热过程得到了平均长度为1.0μm、底部直径为100-500nm的金红石型SnO_2纳米锥形结构以及由纳米锥自组装成的空心球结构,考察了溶液碱性、溶剂组成、聚合物的加入量等参数对形貌的影响,晶体的生长经历了PAA辅助下纳米颗粒的定向聚集过程,通过取向附生机制,得到了单晶纳米锥结构,由于纳米锥的顶部尺寸小以及其粗糙的凹凸不平的表面,使其更进一步组装成空心球结构。纳米锥的拉曼光谱结果显示,出现了由纳米材料微结构而产生的新的振动吸收;其次,采用高温加热的方法,以聚合物聚乙二醇(PEG 200)为溶剂和表面修饰剂,得到了长径比大、结晶较好的单晶SnO_2纳米棒,并且发现,晶体的生长方向为较少报道的[11?2]方向。反应温度、反应时间、溶液的碱度、反应物浓度等生长参数对产物的尺寸有较大的影响,纳米棒的形成机制为取向附生机制,其荧光光谱显示了较强的激子发光、缺陷能级发光;另外,以聚乙烯醇(PVA 1799)为基质,通过加热回流及氧化过程,首先得到了SnO_2纳米颗粒分散其中的复合物,高温培烧除去聚合物后,得到了由纳米颗粒组成的空心球结构等纳米结构。 (2)通过在SnO_2晶体中掺杂Zn,有效的控制了晶体的形貌和尺寸。在乙醇-水溶液中,引入少量无机金属离子Zn~(2+)作掺杂,采用溶剂热法,得到了具有枝状结构的Zn掺杂的、具有金红石结构的SnO_2纳米棒团簇,而且随着产物中Zn含量的增加,纳米棒的直径减小,长度增加。考察了溶剂组成、溶液的碱度、摩尔比[Zn~(2+)]/[Sn~(4+)]、聚合物的引入等对产物形貌和晶相的影响。详细考察了晶体生长过程中的晶相转变和形貌的形成过程,提出了可能的晶体生长机理。产物的拉曼光谱显示,除了传统的SnO_2晶体的振动峰以及由SnO_2纳米结构所引起的振动峰,另外还出现了纯的SnO_2晶体没有出现的新振动峰。研究了该产物对乙醇、丙酮和苯蒸汽的气体敏感性。 (3)研究了在两种或多种溶剂混合组成的均相体系中进行溶剂热过程时,SnO_2晶体的可控生长:首先,以乙二胺和蒸馏水为混合溶剂,通过调节其体积比、溶液的碱度和反应温度等,制备了多种不同形貌、尺寸以及聚集状态的SnO_2纳米颗粒、纳米棒、微米棒等结构,比如像花一样聚集的纳米棒团簇、纳米棒组成的弧形或环状结构、小尺寸的纳米棒及纳米颗粒、铅笔形状的微米级SnO_2棒等。所得到的纳米棒生长方向为[11?2],纳米棒中存在有高浓度的氧空位和明显的位错缺陷,讨论了纳米棒及其多级结构的形成机理。并对不同比例的溶剂组成时所得到的不同尺寸和形貌的产物进行了光学性能测试和分析,其FT-IR、UV-Vis以及PL均出现了强度或位移的变化;在以上结果的基础上,设计了多种溶剂组成,如乙二胺:乙醇:蒸馏水(1:1:1)、二乙烯三胺:蒸馏水(1:1)等进行了实验和比较,通过调节溶剂的组成可进一步调控纳米SnO_2晶体的形貌和尺寸,溶剂固有的性质以及溶剂分子所含有的功能基团在晶体生长过程中起了关键作用。 (4)以天然棉纤维为模板,通过化学方法,得到了具有多孔结构的棉花状SnO_2,此纤维状SnO_2由直径约14nm的SnO_2纳米颗粒相互连接而成。所得产物除了尺寸有一些缩小外,从宏观到纳米尺寸上几乎完全复制了天然棉纤维的结构。纤维状SnO_2的多孔结构有利于被测气体的扩散,对乙醇气体有非常高的敏感性,是一种优良的气敏材料。 最后,对本论文的实验结果和创新之处进行了总结,提出了相关的工作展望。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 肖艳丽;SnO_2纳米复合物的制备和光催化性质研究[D];安徽大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李大成,周大利,刘恒,张萍,张云,龚家竹;纳米TiO_2的特性[J];四川有色金属;2002年03期
2 任成军,李大成,钟本和,周大利,刘恒,龚家竹;影响TiO_2光催化活性的因素及提高其活性的措施[J];四川有色金属;2004年04期
3 钱翼清,赵平,王卫华;烷基化纳米SiO_2/MMA乳液聚合物及其对PC的改性研究[J];工程塑料应用;2002年01期
4 王孝军,杨杰,龙盛如;纳米材料及其在工程塑料改性中的应用[J];工程塑料应用;2002年10期
5 刘建林,肖久梅,史孝群,龚春秀,马文江;纳米CaCO_3填充环氧树脂分散技术及力学性能研究[J];工程塑料应用;2003年03期
6 惠雪梅,张炜,王晓洁;环氧树脂/SiO_2,纳米复合材料性能的研究[J];工程塑料应用;2004年02期
7 安骏,吴海霞,辛寅昌;防高能辐射的树脂/纳米铅复合材料的制备及研究[J];工程塑料应用;2004年12期
8 郑海忠,张坚,鲁世强,徐志锋;选区激光烧结制备PS/Al_2O_3纳米复合材料的研究[J];工程塑料应用;2005年09期
9 安骏;刘吉华;辛寅昌;;树脂纳米铈防辐射复合材料的制备及其性能研究[J];工程塑料应用;2006年08期
10 郭冬勇,赵德国;纳米材料的现行测量技术[J];安徽教育学院学报;2002年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 乐士儒;栾野梅;安茂忠;;电沉积银纳米膜的光学性质研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
2 杨黎明;VPW Shim;陈锋;龚明;;用高应变率大应变载荷制备纳米晶铜试件[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
3 王金相;张晓立;王经涛;赵铮;;爆炸加载制备纳米晶铜实验研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
4 王金相;周楠;赵铮;王小绪;杭逸夫;;爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
5 李春霞;李立平;酒金婷;王柏华;;纳米粒子的表面改性研究进展[A];第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2002年
6 李星国;;纳米材料研究及其应用[A];第三届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2003年
7 张永文;陈英;;含纳米ZnO抗紫外整理剂的制备及性能研究[A];第四届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2004年
8 王敏;;纳米材料在丝绸文物保护上的应用[A];第四届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2004年
9 王东;路建军;齐宏进;;防水透湿织物上碳氟膜的纳米结构及均匀性的初步研究[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
10 高惠;杨俊玲;;纳米SiO_2的制备方法及应用[A];第八届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谭淑媛;几种稀土发光材料的合成及发光性质的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 曲华;掺杂型ZnS纳米粒子的制备及表面修饰对其发光性质的影响[D];中国海洋大学;2010年
3 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
4 赵世华;ZnO纳米阵列的制备和稀土掺杂工艺及其发光性能的研究[D];湖南大学;2010年
5 周红洋;硫属化合物纳米材料的可控性合成与表征[D];中国科学技术大学;2010年
6 杜海军;石墨烯和荧光碳纳米颗粒的制备及其电化学特性的研究[D];华南理工大学;2010年
7 张贵军;聚丙烯酸酯/纳米氧化锡锑复合乳液的制备、表征及其在透明隔热涂料中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
8 王文涛;天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的阻隔性及相关性能研究[D];华南理工大学;2010年
9 于晓慧;金属掺杂TiO_2和ZnO的第一性原理研究[D];江苏大学;2010年
10 赵佳飞;纳米流体辐射特性机理研究及其在太阳能电热联用系统中的应用研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张旭;纳米CeO_2-TiO_2复合介孔材料的制备及性能[D];河北大学;2009年
2 李艳冰;二元稀土氟化物的控制合成及光学性能研究[D];安徽工程大学;2010年
3 齐天骄;铟锡氧化物纳米微粒表面修饰研究及其悬浮液的制备[D];中国工程物理研究院;2010年
4 王青尧;锑基纳米材料的水热法制备及表征[D];山东科技大学;2010年
5 田维亮;线切割废砂浆制备白炭黑及改性研究[D];山东科技大学;2010年
6 尹永琦;多端耦合量子点体系量子输运特性的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
7 谭鑫鑫;稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
8 甘自保;贵金属及其合金/碳纳米管复合材料的制备与表征[D];哈尔滨师范大学;2010年
9 赵紫军;(MCM-41)-La_2O_3纳米复合材料的制备、表征及光学性质研究[D];长春理工大学;2010年
10 薛江;一维纳米材料的静电纺丝法制备、表征及性能研究[D];长春理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 司友琳;张胜义;陈小景;方春霞;;纳米TiO_2壳聚糖模板法制备及其光催化性能[J];安徽大学学报(自然科学版);2008年01期
2 王冰;;一种自组装型SnO_2纳米线氢传感器[J];传感器与微系统;2008年07期
3 施利毅,古宏晨,李春忠,房鼎业,张怡,华彬;SnO_2-TiO_2复合光催化剂的制备和性能[J];催化学报;1999年03期
4 菅盘铭,夏亚穆,李德宏,王晓燕;掺杂TiO_2 纳米粉的合成、表征及催化性能研究[J];催化学报;2001年02期
5 刘守新;陈孝云;陈曦;;酸催化水解法制备可见光响应N掺杂纳米TiO_2催化剂[J];催化学报;2006年08期
6 董建华;高分子材料科学的发展动向与若干热点[J];材料导报;1999年05期
7 王正平,陈兴娟,李辰砂;中孔TiO_2的制备及光催化降解罗丹明性能的研究[J];材料工程;2005年06期
8 李燕,段国荣;TiO_2-SnO_2纳米粉末的制备及表征[J];材料科学与工艺;2000年02期
9 侯进;陈国华;孟显丽;;壳聚糖-CdS复合纳米粒子对甲基橙的光催化降解作用[J];材料科学与工艺;2008年01期
10 朱月秀,王德苗;SnO_2膜导电玻璃性能的研究[J];材料科学与工程;2002年01期
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 程镜亮;基于MEMS技术的SnO_2氢传感器的制作与电路设计[D];黑龙江大学;2012年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈伟良;尹静;黄春舒;王学伟;袁志好;别利剑;;金修饰ZnO纳米棒阵列制备及对甲醛气敏性能[J];无机化学学报;2010年04期
2 张娟;袁昊;向群;徐甲强;;氧化铜纳米棒的水热合成及其气敏性能研究[J];电子元件与材料;2009年05期
3 赵丰华;陈平清;霍延平;蓝邦;;溶剂热法合成CdS纳米晶及其光学性质研究[J];分析测试学报;2010年03期
4 陈智巧;贺卫卫;李玉平;黄志彬;李杰;;低温一步液相法合成ZnO纳米棒[J];无机化学学报;2007年01期
5 刘金库;吴庆生;杨小红;卢怡;全乃佳;;铬酸银纳米棒组装体的简易合成及其光学性能[J];功能材料;2007年04期
6 张全飞;王念;戴英;陈文;;钒酸镧纳米棒的水热合成、表征及光学性能[J];陶瓷学报;2007年03期
7 王焕新;孙晓丽;宋彦良;李超;;微波辅助一步合成ZnO纳米棒及其气敏性能[J];功能材料与器件学报;2010年03期
8 周晓崇;田熙科;王龙艳;上官春晓;汤念;杨超;;硫硒化镉纳米棒的溶剂热法合成及其光致发光性能的研究[J];纳米科技;2008年06期
9 曾庆光;乐天;蔡进军;丁泽军;刘剑;盛业青;王忆;;微观结构对Eu:Ti纳米材料光学性能的影响[J];人工晶体学报;2009年06期
10 刘洋;曹建;冯博;杨艳婷;杨景海;;ZnS:Mn~(2+)纳米棒的结构及光学性能研究[J];吉林师范大学学报(自然科学版);2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郭欣;徐英明;程晓丽;霍丽华;高山;赵辉;;石墨诱导单晶WO_3/C纳米棒的合成及其气敏性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年
2 刘祖琴;唐东升;邹小平;李玉宝;周维亚;王刚;解思深;;化学气相沉积法无催化制备定向生长硅纳米棒[A];第一届全国纳米技术与应用学术会议论文集[C];2000年
3 马淑芳;梁建;孙彩云;许并社;;TiO_2纳米棒的制备与结构表征[A];第三届全国扫描电子显微学会议论文集[C];2003年
4 周炽炜;蔡克峰;;化学气相沉积制备硅纳米棒阵列[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
5 管洪涛;王毓德;朱静;陈刚;;α-MnO_2纳米棒的制备及其电磁性能[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
6 刘晶冰;汪浩;严辉;;羟基磷灰石纳米棒的微波快速合成[A];2004年中国纳米技术应用研讨会论文集[C];2004年
7 魏钟晴;张铮铮;曾程初;;直接生长在表面的金纳米棒的AFM操纵[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
8 范俊奇;武四新;;两步法制备CuInS_2/TiO_2复合纳米棒薄膜及光电性质的研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
9 刘辉;孙洪军;何选盟;朱振峰;;pH值控制水热-热分解法制备介孔氧化铝纤维和纳米棒[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
10 程国娥;黄开勋;;SnO_2纳米颗粒自组装空心球的制备与表征[A];湖北省化学化工学会2006年年会暨循环经济专家论坛论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 毛黎;美利用新技术获得树枝状晶体纳米棒[N];科技日报;2008年
2 罗易;出版印刷用纸的光学性能及标准[N];中国包装报;2004年
3 周晨;肖特在中国采用高精度光学性能测量技术[N];科技日报;2008年
4 中国印刷及设备器材工业协会印刷器材分会 刘克谦;出版印刷用纸的光学性能及测试综述[N];中国包装报;2003年
5 李隆;宾得全新CMOS影像传感器探密[N];中国摄影报;2008年
6 艾伦卡(ALENCAR,M.S.M) 安图斯(ANTUNES,A.M.S) 波特(PORTER,A.L);纳米专利及其产品的生命周期价值链分析[N];中国知识产权报;2007年
7 风影;德研制出比钻石还硬的物质[N];中国有色金属报;2005年
8 刘霞;纳米壳自组装结构呈独特光学性能[N];科技日报;2010年
9 记者 岳双才通讯员 贾冬梅;华北石化增产聚丙烯专用料[N];中国石油报;2007年
10 大方;纸张的质量指标[N];中国新闻出版报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 程国娥;二氧化锡纳米结构的合成、表征与性能研究[D];华中科技大学;2007年
2 张文惠;半导体金属氧化物的制备、表征及其气敏性能研究[D];华南理工大学;2011年
3 李珍;电子束辐射法制备纳米半导体材料及其性能研究[D];上海大学;2008年
4 李莹滢;一维半导体纳米材料制备、性能及辐射探测器件研究[D];南京航空航天大学;2009年
5 李志国;CdS纳米晶的分子簇直接热解法制备及其结构与性能[D];哈尔滨工业大学;2009年
6 俞娇仙;化合物半导体的微结构调控及其光催化、气敏性能的研究[D];山东大学;2011年
7 杨枣;一维ZnO纳米结构的制备、性能和器件研究[D];湖南大学;2008年
8 杨淑华;金纳米棒—适配子耦联物的研制及其在体内外肿瘤热疗中的应用研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2010年
9 李永平;铁酸铋纳米材料的化学合成、表征及其光电转换与光催化特性[D];青岛大学;2012年
10 程知萱;不同形貌纳米In_2O_3的可控制备及气敏性能研究[D];上海大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张全飞;LaVO_4纳米棒的合成、结构与性能研究[D];武汉理工大学;2007年
2 陈楚艳;离子液体中Ⅰ-ⅡB族纳/微米材料的制备[D];西南大学;2010年
3 刘长友;ZnO花束状晶须及纳米棒的制备与形貌控制[D];西北工业大学;2005年
4 李敏;PEG和共掺杂对ZnCoO薄膜结构和性能的影响研究[D];安徽大学;2010年
5 吴敏;Ag/N共改性TiO_2中空纳米棒阵列的制备及光催化性能[D];中国科学技术大学;2010年
6 孟帆;氧化锌空心球、纳米棒制备及其气敏性能[D];天津理工大学;2011年
7 何伟臻;金纳米棒在Au(111)表面的分散及其STM诱导发光初探[D];中国科学技术大学;2011年
8 马男;镓、锂掺杂的氧化锌纳米颗粒/棒阵列的制备及性能[D];天津理工大学;2008年
9 王大伟;ZnO纳米棒/MEH-PPV异质结近紫外电致发光性能的改善研究[D];北京交通大学;2010年
10 曹亚丽;特殊形貌纳米材料的低热固相化学合成及其表征[D];新疆大学;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026