低维纳米复合材料结构物性及ZnO：N中Zn-N定域结构和热稳定性研究

摘要

本论文以静电纺丝技术为基础,基于相分离原理实现了单管电纺连续纳米管材料、与溶胶凝胶、气相输运方法、氮化法结合制备了ZnO基低维复合纳米结构材料及Ⅲ-Ⅴ族共掺及合金材料,研究了ZnO基低维复合纳米结构、Ⅲ-Ⅴ族共掺及合金材料以及ZnO:N薄膜的结构和发光性质,具体工作如下:
　　 基于相分离原理实现单管电纺连续纳米管材料。通过控制乙醇对挥发过程的影响,TEOS对相分离过程的影响,以及纺丝电压对弯曲和拉伸过程的影响,可以调控PVP/TEOS连续纳米管结构的直径,壁厚,以及二者的比。通过在空气中煅烧PVP/TEOS连续纳米管至600℃获得SiO2纳米管,通过 Mg蒸汽还原法成功的制备了硅纳米管。该方法是大面积制备PVP/TEOS复合纳米管及硅纳米管的有效方法。这些一维纳米管材料有可能应用于传感器、过滤器、锂离子电池负极材料、以及太阳能电池材料等领域。
　　 通过单管电纺技术制备出单分散ZnO量子点于PVP复合纳米管壁中。由于量子点的高度分散性,以及PVP分子对量子点表面缺陷的钝化作用,光致发光和共振拉曼谱展现了较窄的带边发射和较弱的激光热效应。观察到了由于量子限域效应所导致的带隙的蓝移,激子束缚能的增加,以及激子声子相互作用的弱化。利用气相输运沉积方法制备出一维SiO2/ZnO核壳纳米结构材料。室温和低温的发光光谱表明ZnO纳米壳层的质量较好。其发光的反常温度效应表明界面对ZnO的纳米结构的发光有显著影响。
　　 通过电纺及氨气氮化技术制备了N-In共掺杂ZnO纳米纤维。通过退火改善了氮化后样品的结晶质量,减少了缺陷密度,提高了可见光响应性能,使得共掺杂的ZnO在类太阳光谱照射下能够降解罗丹明 B染料。研究了氮化ZnO/ZnGa2O4复合纳米纤维过程中(Ga1-xZnx)(N1-yOy)合金纳米结构的形成与演化。由于纳米结构的因为,合金的形成温度显著降低,既保证了氮原子的引入,同时又确保了锌原子的低损失率。325 nm激光激发的拉曼光谱表现出双模的行为,可以用于估计(Ga1-xZnx)(N1-yOy)合金组分的比例。研究表明通过共掺杂及合金化的方法可以调控 ZnO的电子结构拓展其在可见光催化、分解水方面的应用。
　　 研究了 ZnO:N薄膜的发光性质和微结构的稳定性。紫外区的与受主相关的发射说明氮元素确实能够起到受主的作用。蓝光和绿光发射在82K、低激发密度时占主导作用,可能是由施主向价带跃迁导致的。红光发射随温度和激发密度的升高呈现蓝移,可能是源于深施主受主对发射。表明氮进入 ZnO晶格中除了受主作用外还可能引起一些深的施主缺陷。变温XPS研究了ZnO:N薄膜的微结构及热稳定性,分析表明位于396和398eV的峰可能分别来自富氮和富氧环境中的氮替氧(β-和α-No)。与β-No相比,作为浅受主的来源α-No可以稳定到723 K。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1．1静电纺丝技术简介

1．1．1静电纺丝的基本装置和原理

1．1．2利用静电纺丝技术制备无机纳米纤维

1．1.3无机纳米纤维材料的研究进展

1．2 ZnO材料研究进展

1．2．1 ZnO材料基本性质

1．2．2 ZnO纳米材料研究进展

1．2．3 p型ZnO材料研究进展

1．3本论文研究的问题和意义

参考文献

第二章 单管静电纺丝法制备纳米管材料

2．1单管静电纺丝法可控制备高分子纳米管

2．1．1背景介绍

2．1．2实验部分

2．1．3结果与讨论

2．1．4本节小结

参考文献

2．2静电纺丝技术制备SiO2及Si纳米管

2．2．1背景介绍

2．2．2实验部分

2．2．3结果与讨论

2．2．4本节小结

参考文献

2．3本章小结

第三章ZnO基一维纳米复合材料的制各及发光性质研究

3．1 PVP／ZnO量子点复合纳米管的制备及发光性质研究

3．1．1背景介绍

3．1．2实验部分

3．1．3结果与讨论

3．1．4本节小结

参考文献

3．2 SiO2／ZnO纳米同轴电缆的制各、结构及发光性质研究

3．2．1背景介绍

3．2．2实验部分

3．2．3结果与讨论

3．2．4本节小结

参考文献：

3．3本章小结

第四章ZnO基纳米结构的共掺杂与合金

4．1 N—In共掺杂ZnO纳米纤维的制备、结构及性质研究

4．1．1背景介绍

4．1．2实验部分

4．1．3结果与讨论

4．1．4本节小结

参考文献

4．2通过氮化ZnO／ZnGa2O4复合纳米纤维制备(Ga1-xZnx)(N1-yOy)合金纳米结构

4．2．1背景介绍

4．2．2实验部分

4．2．3结果与讨论

4．2．4本节小节

参考文献

4．3本章小结

第五章．ZnO：N薄膜的发光性质与结构稳定性研究

5．1 ZnO：N薄膜的发光性质研究

5．1．1背景介绍

5．1．2实验部分

5．1．3结果与讨论

5．1．4本节小结

参考文献

5．2 ZnO：N薄膜微结构的热稳定性研究

5．2．1背景介绍

5．2．2实验部分

5．2．3结果与讨论

5．2．4本节小结

参考文献

5．3本章小结

第六章总结

在学期间公开发表论文及参加学术会议情况

致谢