花状Sn02纳米线簇制备及其红外发射性能研究

摘要

本论文采用理论研究和实验研究相结合的方法，从SnO2材料导电性能、粒子散射性能和红外发射率之间的关系出发，探索半导体填料的红外低发射机理和规律。　　在理论研究方面，首先基于电磁波在涂层中的传输理论和半导体理论，理论分析了红外发射率和电导率及散射系数间的关系。结果表明，随着电导率和散射系数的增大，红外发射率降低。　　基于密度泛函理论的第一性原理，模拟计算了本征体相SnO2超胞、氧空位体相SnO2超胞、Sb掺杂体相SnO2超胞、本征SnO2纳米线超胞和Sb掺杂SnO2纳米线超胞的电子结构，对比不同体系的电子结构、导电性能和红外反射率之间的关系。结果表明：体相材料中，本征、氧空位和Sb掺杂的SnO2的导电性能和红外反射率依次提高；Sb掺杂的SnO2纳米线的导电性能和红外反射率优于Sb掺杂的体相SnO2材料；SnO2纳米线材料导电性能和红外反射率随Sb掺杂浓度的增大先增大后减小，在掺杂浓度为4%时，达到了峰值。为进一步设计和制备高性能红外低发射率材料提供了理论指导。　　在实验研究方面，以SnCl4·SH2O为源物质，以NaOH为矿化剂，采用水热法制备了花状SnO2纳米线簇，并基于正交设计理论优化了花状SnO2纳米线簇的制备工艺参数。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)，X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和红外发射率测量仪等手段对所制备样品的成分、微观结构、形态、红外发射率等进行分析表征。结果表明：所制备产物为金红石相SnO2，碱盐比（[OH-]／[Sn4+]）提供了不同形貌SnO2颗粒生长所需要的环境驱动力；花状产物的发射率随长径比的增大而下降，其最低红外发射率为0.825。结合产物的表征分析，提出了花状SnO2纳米线簇红外低发射率机理，以及不同形貌的SnO2颗粒的生长机理。　　采用表面活性剂聚丙烯酰胺（PAM)辅助水热法，制备了花状SnO2纳米线簇，并对所制备产物的微观结构和红外发射性能进行表征，结果表明：PAM有效增大了花状SnO2纳米线簇的长径比及花蕾饱和度，从而增大了产物对红外电磁波的散射界面，进而有效改善了产物的红外发射率。当[PAM]/ [Sn4+]=0.0001%时，产物为均一、分散性良好的花状产物，长径比12.67，发射率最小到达0.682。　　基于优化的工艺参数，以SbCl3为掺杂剂制备了Sb掺杂的SnO2纳米材料(ATO)，分析了Sb掺杂浓度和后期热处理温度对红外发射率影响，结果表明，尽管Sb抑制了纳米线簇的生长发育，但有效改善了产物的导电性能，从而有效降低了其红外发射率。当Sb掺杂浓度为7%，热处理温度为1100℃的时，掺杂产物的红外发射率最低达到0.521。本文从微观上分析了红外发射率的控制机理。　　结合理论和实验研究，可以得出结论：在本论文研究的范畴内，粒径在红外波长的谐振动区域的花状ATO通过1100℃热处理之后的产物有较好的红外低发射性能，其可能成为ITO的替代品而成为半导体填料研究领域的热点。

目录

第一个书签之前