喷雾裂解法制备纳米氧化锌粉体及氧化锌压敏电阻的研制

摘要

近年来，由于ZnO是一种重要的宽带系半导体材料，引起了国内外广大研究者的研究热点。由于氧化锌是一种宽禁带（3.37 eV）和高激子束缚能的半导体材料，因此氧化锌在光学和电子领域得到了广泛的应用，例如：发光二极管（LED）、压敏电阻、气体传感器、光催化剂、透明导电薄膜及太阳能电池等方面。研究者们在氧化锌的制备方法上做了大量的研究。　　本论文基于喷雾裂解法设计了一种喷雾裂解设备，并运用喷雾裂解法制备了ZnO粉体以及ZnO压敏电阻复合粉体，通过X射线粉末衍射仪、扫面电子显微镜等表征手段研究了前驱体溶液浓度、第一、第二温区裂解温度对粉体的结构、形貌、组分等的影响，确定最佳前驱体溶液浓度和最佳裂解温度。此外，还将制备的ZnO粉体以及ZnO压敏电阻复合粉体制备成氧化锌压敏电阻，通过比较压敏电阻的性能确定最佳的掺杂浓度。得到结论如下：　　（1）设计并改进了喷雾裂解设备，对喷雾裂解设备的各个部分做了详细的介绍。详细介绍了喷雾裂解设备的使用方法，其中，着重介绍了微雾发生装置的组成部分及使用方法。本喷雾裂解设备有以下优点：①本设备集多种功能于一体；②自动化程度高，本设备操作简单，易于控制，对环境无污染；③适用于多种纳米粉体的制备。　　（2）运用喷雾裂解法制备了干李子状的ZnO纳米粉体，发现随着前驱体溶液浓度的提高，平均晶粒尺寸逐渐增大，使得颗粒大小从300 nm增加到870 nm。另外，随着第一温区裂解温度和第二温区裂解温度的升高，ZnO纳米粉体出现的杂相逐渐消失，平均晶粒尺寸逐渐增大，颗粒形貌不变，粒径分布比较均匀，颗粒粒径主要集中在500 nm到600 nm之间。通过分析确定制备ZnO粉体的最佳前驱体浓度为0.05 mol/L，最佳裂解温度为第一温区500℃，第二温区700℃。　　（3）运用喷雾裂解法在前驱体溶液浓度为0.025 mol/L、0.05 mol/L、0.075 mol/L制备的氧化锌与商业氧化锌做对比，混合其它掺杂氧化物制备了氧化锌压敏电阻，通过表征发现氧化锌压敏电阻主要由ZnO相、富Bi相、Zn7Sb2O12尖晶石相、Bi3Zn2Sb3O14烧绿石相和富Sm相组成。0.075 mol/L所制备的氧化锌压敏陶瓷的密度最大为5.53 g/cm3。在压敏性能上，压敏电压在0.075 mol/L制备的压敏电阻达到了最小值553.4 V/mm，比商业的ZnO制备的压敏电阻的压敏电压降低了约55.6%，对应的非线性系数为10.2，漏电流为52μA，综合性能最好。　　（4）运用喷雾裂解法制备了氧化锌压敏电阻用复合粉体。发现随着Sm2O3的掺杂量的升高，复合粉体的平均晶粒尺寸逐渐升高，对粉体颗粒大小的影响不是很大。将复合粉体制备成压敏电阻，发现随着Sm2O3的掺杂量的升高，有助于提高压敏陶瓷的晶粒长大和致密度，Sm2O3的掺杂可以有效的改善压敏性能。掺杂量为0.3 mol/L所制备的氧化锌压敏陶瓷的密度最大为5.37 g/cm3。压敏电压在掺杂量为0.3 mol/L时达到最小880.4 V/mm，比没有掺杂量的样品的压敏电压降低了11%，非线性系数为9.7，漏电流为59μA。

目录

声明

1 绪论

1.1 纳米氧化锌的性质、应用及制备方法

1.2 压敏电阻器

1.3 选题意义与研究内容

2 实验部分

2.1 试剂和仪器

2.2 喷雾裂解设备

2.3 样品的制备

2.4 样品的测试与表征

2.5 实验技术路线图

3 喷雾裂解设备的设计

3.1 喷雾裂解设备简介

3.2 喷雾裂解设备使用方法

3.3 本章总结

4纳米氧化锌粉体喷雾裂解法的制备及压敏电阻片的研制

4.1 引言

4.2 样品制备

4.3 氧化锌粉体的结果与讨论

4.4 氧化锌压敏电阻

4.5 本章总结

5 纳米氧化锌压敏电阻复合粉体喷雾裂解法的制备及压敏性能

5.1 引言

5.2 喷雾裂解法制备氧化锌压敏电阻复合粉体

5.3 复合粉体结果与讨论

5.4 复合粉体制备氧化锌压敏电阻结果与讨论

5.5本章总结

6 结论

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果