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《中国地质大学》 2009年
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WO_3粉体的有机诱导合成与光致变色性质研究

朱华  
【摘要】: WO_3是一种n型半导体材料,自从发现光致变色现象以来就由于其独特的光学性质,在信息显示器件、高敏度光存储材料等方面显示出了巨大应用前景,这些器件的性能在很大程度上取决于WO_3纳米结构单元的尺寸、形貌及其组装的特殊结构。此外,目前对WO_3光致变色性质的研究主要集中在溶胶和薄膜上,且已经有能调节建筑物光输入的智能窗的研究成果。而对粉体光致变色性能的研究却鲜有报道,在较少的光致变色WO_3粉体的研究中,对光致变色激发光源的要求较为苛刻(350W高压汞灯),极大地限制了其在实际中的应用。因此,具有特殊形貌和优良光致变色性能的WO_3粉体材料的合成已成为目前研究的热点之一。 本文以钨酸钠和盐酸为主要反应原料,采用水热法制备了WO_3粉体,运用X射线粉晶衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等对合成粉体进行了结构和形貌表征,并利用紫外-可见光漫反射吸收光谱仪(UV-Vis)及全自动色差计对其进行了光致变色性能测试。 首先,分析了不同pH值及不同反应温度对产物的结构、形貌及光致变色性质的影响,确定了WO_3光致变色粉体的基本制备工艺,并对粉体的光致变色机理进行了探索性研究。然后,在此基础上,分别以正丙醇、甲醛、草酸为有机诱导剂合成了具有形貌新颖的WO_3粉体,分析了有机诱导剂对合成产物结构和性能的影响,并探讨了WO_3特殊结构、形貌与光致变色性能增强的关系。 结果分析表明: 1、体系的pH值及水热温度对产物的结构、形貌及性能有较大的影响,pH值=1.0-1.5和温度为80-140℃时产物为六方相WO_3,粉体颗粒呈短刺球状;pH值=2.0-2.5和温度为160-180℃时,产物由六方相转化为立方相水合WO_3,合成的粉体颗粒为大小、形状极不规则的块状;六方相与立方相的WO_3相比,其特殊的孔道结构为光致变色所需的光生质子(H~+)传输提供了通道;以钨酸钠和盐酸为主要反应原料,当pH值=1.0,T=120℃时合成了六方相WO_3光致变色粉体; 2、正丙醇诱导合成的六方相WO_3粉体,由WO_3纳米杆簇集成的海胆状微球组成,纳米杆的长度在500-1000 nm,直径在50-100 nm,长径比约为10。这种新颖的形貌增大了WO_3粉体的比表面积,提高受激光生质子数量,显著改善了光生质子的传输过程,从而增强了WO_3粉体的光致变色性能; 3、甲醛诱导合成的六方相WO_3粉体,由WO_3纳米立方体团簇成的大小均匀的微球组成,纳米立方体的边长为20-50 nm,团簇形成的微球直径为500-800 nm,该结构有利于光生质子的产生和传输,优化了合成的WO_3粉体的光致变色性能; 4、草酸诱导合成的六方相WO_3粉体,由大小及形状较为均匀梭形颗粒组成,颗粒长为200-300 nm,宽为30-50 nm,长径比为4-10,这种新颖的形貌改善了粉体对激发光的吸收能力,增强了合成WO_3粉体的光致变色性能。
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

【参考文献】
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