电沉积制备有序结构的纳/微米功能材料

摘要

最近几年，制备各种具有特殊形貌和特殊性质的纳米/微米的无机材料引起了越来越多的研究的兴趣。特别是伴随生物技术的进一步发展，以高聚物，蛋白质，多肽，氨基酸等作为软模板，模拟生物矿化过程，控制材料的形貌晶型已成为研究的热点。 电沉积是一种液相电化学沉积方法，文献中已报道制备各种多晶薄膜和纳米结构材料。电沉积通常在室温或稍高于室温的条件下进行，因此非常适合制备纳米/微米结构材料；沉积的量由Faraday定律控制；沉积的速度可由过电位来控制，越大的过电位，沉积速度越快；此外，电沉积是一种经济高效的沉积方法，有利于规模化生产和自动化控制。 CaCO<,3>作为生物硬组织中的的主要组成物质之一，广泛的存在贝壳、珊瑚、骨骼、珍珠、耳石等之中。而且，CaCO<,3>在橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料、饲料、制药等方面也有广泛的应用。研究CaCO<,3>的形成机理，对于模拟生物矿化，制备高性能材料有重要的指导意义。在本论文中，采用了温和的电化学沉积法，在室温条件下(25℃左右)，Ca(NO<,3>)<,2>-H<,2>O<,2>水溶液体系，以L-Ala作为软模板，用简单的一步法制备得到了层状的CaCO<,3>-L-Ala的有机——无机复合结构。这与自然界中，贝壳的碳酸钙层和蛋白质层交替出现，所形成有机——无机层状复合材料非常的相似。此方法对于合成其他的有机——无机复合结构的材料有一定指导作用。 ZnO作为是一种用途十分广泛的功能材料，大量用于电子、涂料、催化等重要工业技术领域。在本论文中，用电沉积的方法，在70℃水浴条件下沉积了得到ZnO。通过更换不同的基体(ITO,ITO/ZnO,Si(111))和添加不同种类的氨基酸作为软模板，实现了对ZnO的形貌控制，制备了六方柱形，片状，多孔形，球形等多种具有特殊形貌的ZnO。 In<,2>O<,3>是一种n型的半导体(直接禁带宽度为3.6 eV)，在许多的高新技术领域有着广泛应用。如应用在液晶显示(LCD)、节能玻璃、太阳能电池等领域。此外，In<,2>O<,3>作为一种新型的气体敏感材料，以其较高的灵敏度和选择性日益引起人们关注。在本论文中，首先用电沉积的方法，在90℃水浴条件下，在InCl<,3>-H<,2>O<,2>水溶液体系中首先合成排列有序直径在100nm左右的柱状In(OH)<,3>。从较高倍数的SEM图片可以看出，每根直径在100nm左右的柱状In(OH)<,3>，是由更细的直径在10-20nm之间的柱子组装而成的。然后以电沉积得到的In(OH)<,3>作为前驱体在300℃热分解2小时得到纳米In<,2>O<,3>薄膜，分别用SEM、XRD和PL等进行了表征。还研究了不同的基体(ITO导电玻璃和Si(111))和氨基酸软模板对于In(OH)<,3>形貌的影响。通过对比试验对于可能的生成机理进行了讨论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1 无机材料的制备方法

1.1.1水热合成法

1.1.2微波法

1.1.3化学气相沉积法

1.1.4溶胶—凝胶法

1.1.5激光烧蚀法

1.1.6模板法

1.1.7自组装(self-assembly)

1.1.8电沉积法

1.2材料的表征方法

1.2.1扫描电子显微镜(SEM)

1.2.2 X射线衍射法(XRD)及小角衍射(SAXRD)

1.2.3透射电子显微镜(TEM)及高分辨电子显微技术(HREM)

1.2.4红外光谱

1.2.5紫外—可见吸收光谱(UV-Vis)

1.2.6荧光光谱(PL)

1.2.7差热与热重分析(TG-DTA)

1.2.8电子衍射法(ED)

1.2.9X射线能谱仪（Energy Dispersive Spectroscopy,EDS)

1.2.10拉曼光谱(Raman)

1.3本论文的工作

参考文献

第二章以L-a-丙氨酸为软模板电沉积制备层状有序结构的CaCO3

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1试剂及仪器

2.2.2 CaCO3的电化学沉积

2.2.3电化学沉积机理

2.3结果与讨论

2.3.1以L-Ala为添加剂制备层状结构的CaCO3

2.3.2 L-Ala的浓度对CaCO3的形貌及晶型的影响

2.3.4沉积电位对CaCO3的形貌及晶型的影响

2.3.4沉积时间对CaCO3的形貌及晶型的影响

2.3.5可能的机理

2.4本章小结

参考文献

第三章在电沉积过程中，通过改变基体和添加氨基酸调控ZnO的形貌

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1试剂及仪器

3.2.2基体的前期处理与制备

3.2.2 ZnO的电化学沉积

3.2.3电沉积机理

3.3结果与讨论

3.3.1不同基体对电沉积制备ZnO形貌的影响

3.3.2氨基酸对电沉积制备ZnO形貌的影响

3.4本章小结

参考文献

第四章电沉积制备有序结构In(OH)3及纳米In2O3

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1试剂及仪器

4.2.2 In(OH)3的电化学沉积

4.3结果与讨论

4.3.1以ITO导电玻璃为基体，电沉积制备In(OH)3前驱体。

4.3.2以ITO基体上电沉积制备的In(OH)3为前驱体，制备In2O3

4.3.3在Si(111)基体上电沉积制备In(OH)3前驱体

4.3.4以Si(111)基体上电沉积制备In(OH)3前驱体，制备In2O3

4.3.5可能的形成机理

4.4本章小结

参考文献

第五章结论

攻读硕士学位期间发表及已投稿的学术论文

致谢