铟、钇氢氧化物和氧化物以及光子晶体的制备与性能研究

摘要

纳米材料是指特征维度尺寸在纳米数量级(1～100nm)的固体材料。由于具有量子尺寸效应，小尺寸效应以及表面效应等特殊性质，纳米材料的光学性质表现一系列不同于块体材料的新奇性质。氢氧化铟和氧化铟是重要的半导体材料，块体的氧化铟在室温下没有任何荧光性质，但当尺寸减小到纳米级时，由于晶体有氧空穴的存在，所以具有了良好的荧光性质。氢氧化钇和氧化钇由于钇离子的电子层结构，表现出光学惰性，是优异的发光基质材料。光子晶体是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料，可以用于控制光的传播方向。因此，对纳米材料光学性质的研究和光子晶体的研究是一个统一的课题。 本文主要研究了铟、钇氢氧化物和氧化物微纳米结构的合成以及蝴蝶翅膀的光子晶体结构，并对它们的光学性质进行了初步研究。 一、以In2O3粉体为原料，加入一定浓度的NaOH溶液，通过简单的水热处理，得到了去角去棱状的In(OH)3微晶。通过高温煅烧后，得到了去角去棱状的In2O3微晶，且尺寸大小与前驱体相当。改变反应时间对去角去棱状In(OH)3的形成机理进行探讨，发现这种结构的形成主要有两个步骤：首先是In2O3和NaOH反应生成In(OH)3立方晶体，然后是合成的In(OH)3和剩余的NaOH发生了两性反应，由于立方晶体的顶点和晶棱能量比相应晶面的能量要高，所以In(OH)3立方晶体的顶点和晶棱率先并NaOH反应，在适当的反应时间下，便得到了这种特殊的去角去棱状结构。荧光光谱表明，去角去棱状In(OH)3和In2O3与完整的和去角状的In(OH)3和In2O3立方晶体相比，具有更优异的光致发光性质。 二、以Y(NO3)3·6H2O和十八胺分子(ODA)为原料，用无水乙醇作为溶剂和反应体系，经过溶剂热处理，得到了米状的Y(OH)3粒子。通过改变反应时间，反应温度，反应体系的极性以及碱源等影响因素，对米状的Y(OH)3粒子的形成机理进行了初步探讨。结果表明，在此实验中，无水乙醇是得到米状产物的关键因素。将米状的Y(OH)3在500℃的空气氛围下煅烧，可以得到了立方晶型的米状Y2O3粒子，其形貌和大小与前驱体基本相同。 采用相同的实验步骤合成了米状的Y(OH)3：Eu3+和Y2O3：Eu3+，并利用荧光分光光度计分别对其进行了光致发光光谱分析。 三、以柑橘凤蝶翅膀为研究对象，对其光子晶体结构和光学性质进行了研究。然后以此翅膀为模板，采用溶胶—凝胶法和后续的煅烧处理，得到了TiO2，SiO2和Al2O3的翅膀结构复制体。测试结果表明，所得的氧化物复制体不但具有翅膀的微观结构，而且产生了一定的光谱带隙。漫反射光谱图显示，与原始蝴蝶翅膀的光谱图相比，无机氧化物复制体基本复制了蝴蝶翅膀的光子晶体特性，只是反射光波段的起始位置都发生了红移。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

前 言

1.1纳米材料的性质

1.2纳米材料的光学性质

1.3纳米材料的制备

1.4水热、溶剂热法

1.4.1水热、溶剂热法的简介

1.4.2水热、溶剂热条件下纳米晶的结晶

1.5溶胶-凝胶(Sol-gel)法

1.5.1溶胶-凝胶法的基本原理

1.5.2溶胶-凝胶法的特点及关键

1.6模板法

1.7氢氧化铟和氧化铟

1.7.1氢氧化铟和氧化铟的结构

1.7.2氢氧化铟和氧化铟的光学性质

1.7.3氢氧化铟和氧化铟的两性

1.8氢氧化钇和氧化钇

1.9光子晶体

1.9.1光子晶体的主要特征

1.9.2光子晶体的分类

1.9.3光子晶体的制备方法

1.9.4蝴蝶翅膀的光子晶体结构

2.0选题的目的及意义

第二章 去角去棱状氢氧化铟和氧化铟多面体微晶的制备与性能研究

引 言

2.1去角去棱状In(OH)3多面体微晶的制备与表征

2.1.1去角去棱状In(OH)3多面体微晶的制备

2.1.2去角去棱状In(OH)3多面体微晶的XRD表征

2.1.3去角去棱状In(OH)3多面体微晶的FE-SEM表征

2.1.4去角去棱状In(OH)3多面体微晶的TEM表征

2.2去角去棱状In(OH)3多面体微晶的形成机理及影响因素

2.2.1反应时间的影响

2.2.2 NaOH溶液的浓度和反应温度的影响

2.2.3去角去棱状In(OH)3多面体微晶的形成机理

2.3去角去棱状In(OH)3多面体微晶的荧光光谱分析

2.4去角去棱状In(OH)3多面体微晶的制备与表征

2.4.1去角去棱状In2O3微晶的XRD表征

2.4.2去角去棱状In2O3微晶的FE-SEM表征

2.4.3去角去棱状In2O3微晶的TEM表征

2.4.4去角去棱状In2O3多面体微晶的荧光光谱分析

2.5本章总结

第三章 米状氢氧化钇和氧化钇的制备以及光学性能的研究

引言

3.1米状Y(OH)3的制备与表征

3.1.1米状Y(OH)3的制备

3.1.2米状Y(OH)3的FE-SEM表征

3.1.3 米状Y(OH)3的TEM表征

3.1.4米状Y(OH)3的XRD和EDAX谱图

3.2米状Y(OH)3的形成机理及影响因素

3.2.1米状Y(OH)3的形成过程分析

3.2.2反应体系极性对产物的影响

3.2.3反应温度和碱源的影响

3.3米状Y2O3的制备与表征

3.3.1米状Y2O3的制备

3.3.2米状Y2O3的FE-SEM表征

3.3.3米状Y2O3的TTEM表征

3.3.4 米状Y203的XRD谱图

3.4 Y(OH)3：Eu3+和Y2O3：Eu3+米状粒子的制备及光致发光光谱

3.4.1 Y(OH)3：Eu3+和Y2O3：Eu3+米状粒子的制备

3.4.2 Y(OH)3：Eu3+和Y2O3：Eu3+米状粒子的光致发光光谱

3.5本章总结

第四章 光子晶体的制备与性能研究

引言

4.1蝴蝶翅膀的结构和性能表征

4.1.1蝴蝶翅膀的FE-SEM表征

4.2.2蝴蝶翅膀的漫反射光谱分析

4.2光子晶体的制备与表征

4.2.1实验方法

4.2.2溶胶-凝胶法制得光子晶体的表征

4.2.3溶胶-凝胶法制得光子晶体的光学性能

4.3溶胶配制的影响因素和"Sandwich"法

4.4本章总结

论文总结

尚需进一步研究的工作

参考文献

附 录

致 谢

硕士期间已发表或待发表的论文