阳极氧化法制备SnO多孔纳米带花簇薄膜及其生长机理研究

摘要

SnO2是一种n-型半导体，因其具有独特的气敏、导电、透光等特性而被广泛应用在传感器、锂离子电池、太阳能电池和光催化等领域。如能通过调控和改善纳米材料的尺度、形状、微组织结构、化学状态、界面环境等因素，以获得新的物理、化学、生物学等特性，或使这些性能提高、或进行控制，进而使材料实用化，对深入研究纳米材料的性质及应用具有重要的意义。同时，大量实验表明，一维纳米材料，如纳米线、纳米带、纳米管等，由于它们的尺寸效应和高比表面积而大大提高了材料的物理性能，所以一维纳米材料的研究越来越受到重视。近来，一维纳米阵列薄膜的研究也成为了纳米研究领域的热点，本论文主要对SnO2纳米带阵列薄膜的制备及生长机理进行了深入研究。 阳极氧化法是一种传统的表面处理技术。由于它的操作简单，方便易行，效果显著等优点常常用于金属表面的修饰、腐蚀防护等方面。自从在铝的表面成功获得了有序多孔纳米氧化铝薄膜以后，阳极氧化技术就成为了制备具有独特物理和化学特性的纳米金属氧化物薄膜的一个重要手段。目前，通过阳极氧化法的应用，已成功制备多种金属氧化物薄膜材料，例如Ti、Zn、W、Ta、Hf、 Zr、Nb、Sn等金属的多孔或颗粒结构氧化物薄膜；而一维纳米带状结构的SnO2阵列薄膜的制备研究还未见报道。本论文主要以阳极氧化技术为基础，结合热处理技术，成功制备了一种多孔的SnO2纳米带花簇阵列薄膜，有望用做气敏器件、光催化及太阳能电池的半导体材料。 论文工作以柠檬酸为溶质，二甲亚砜和水混合体为电解液，研究了金属锡在各种阳极氧化条件下表面形貌的变化，并探讨了反应机理。主要进行了以下工作：以锡箔为工作阳极，在阳极上获得了SnO2的纳米带花簇状前驱体阵列薄膜，前驱体样品经过热处理后，前驱体由光滑的带状变成了多孔的SnO2纳米带。实验中，采用XRD，SEM，TEM，FTIR和XPS等多种分析手段对样品成分、结构、键合方式等进行了全面的分析。采用控制变量法设计实验，详细研究了阳极氧化电压、电解液浓度、混合溶剂比例、反应时间等因素对纳米带花簇形貌的影响，并提出了合理的纳米带的生长机理，为其它金属氧化物纳米阵列薄膜的阳极氧化法制备奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引 言

1.2一维纳米薄膜的应用

1.2.1.光催化

1.2.2.光伏太阳能电池

1.2.3.传感器

1.2.4.光学性质

1.2.5.场发射性质

1.3 SnO2纳米材料的研究现状

1.3.1.SnO2纳米颗粒制备

1.3.2.一维SnO2纳米材料制备

1.3.3 SnO2薄膜材料的制备方法

1.4阳极氧化法在制各纳米材料中的应用

1.4.1.阳极氧化法及阳极氧化理论的发展

1.4.2.阳极氧化法在纳米材料合成中的应用

1.5论文选题依据及主要研究内容

第二章 阳极氧化法制备纳米带花簇状SnO2薄膜研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验药品及仪器

2.2.2表征手段

2.2.3制备方法

2.3结果与讨论

2.3.1前驱体成分分析

2.3.2前驱体样品的XPS结果分析

2.3.3驱体样品的SEM表征

2.3.4前驱体样品的TEM表征

2.3.5前驱体样品的FI-IR分析

2.3.6 SnO/薄膜的SEM及TEM分析

2.3.7 SnO2的BET测试

本章小结

第三章SnO2前驱体薄膜的的生长机理研究

3.1引言

3.2阳极氧化行为概述

3.2.1孔蚀的形成

3.2.2金属氧化膜形成动力学

3.3实验过程

3.4结果与讨论

3.4.1氧化锡前驱体形成过程中阳极氧化电流密度曲线

3.4.2制备条件对氧化锡纳米花簇的影响研究

3.5 SnO2前驱体纳米带花簇阵列薄膜的的生长机理研究

3.5.1.氧溶解模型

3.5.2.纳米氧化锡前驱体生长机理研究

本章小结

第四章论文总结

参考文献

在校期间发表的论文及研究成果

致 谢