关键词： 铁酸铋   纳米晶   纳米环   纳米管   熔盐法   模板法   微结构表征  

摘要： 本文利用两种熔盐体系(NaCl-KCl和NaCl-Na2SO4)制备了BiFeO3纳米晶材料,并对其尺寸和形貌进行控制。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X-射线能量色散谱(EDS)等分析手段,对样品的微结构进行了表征。结果表明,以NaCl-KCl为熔盐,随着退火温度的逐渐升高,主要产物由BiFeO3向Bi2Fe4O9逐渐转变,750℃时得到了纯度较高的BiFeO3粉末,而结晶颗粒的形貌规则性随着退火温度的升高而增强,800℃时获得形状规则的立方状BiFeO3粉末;以NaCl-Na2SO4为熔盐时,低掺杂NP-9 (0-5ml)可以得到纯度较高的BiFeO3粉末,当Np-9掺杂量逐渐增高时,产物会向Bi2Fe4O9转变;当NP-9增加到20ml时,得到较纯的Bi2Fe4O9粉体。本论文还利用氧化铝纳米有序孔模板(厚度60μm、孔径100 nm和200 nm),采用旋涂法、负压法、浸泡法,制备了铁酸铋BiFeO3多铁性纳米管以及纳米环结构。实验发现：采用三种制备方法获得的BiFeO3纳米管长度依次为：浸泡法>旋涂法>负压法。利用XRD、SEM. TEM和EDS等技术对BiFeO3纳米管的微观结构进行了表征,并分析了BiFeO3;纳米管的形成机制。扫描透射电子显微镜(STEM)观察表明,BiFeO3内米环的内径约为170 nm,环厚度约20 nm。本文还采用了超声浸泡法和负压法两种填充模板的方法以及乙二醇和乙二醇甲醚两种溶剂制备的溶胶,在氧化铝纳米有序孔模板(厚度60gm,孔径200nm)中制备出形貌较好的Bi2Fe4O9多铁性纳米管。在四种不同条件下((a)以乙二醇甲醚作为溶胶溶剂、用超声浸泡法填充模板;(b)以乙二醇作为溶胶溶剂、用超声浸泡法填充模板;(c)以乙二醇甲醚作为溶胶溶剂、用负压法填充模板;(d)以乙二醇作为溶胶溶剂、用负压法填充模板)制备了Bi2Fe4O9内米管。利用XRD、 SEM、TEM和EDS等技术对纳米管的微观结构进行了表征,结果表明：负压法较超声浸泡法获得更好的模板填充效果;乙二醇作为BFO溶胶的溶剂比乙二醇甲醚能得到更好的模板填充效果。因此,用乙二醇作为溶胶溶剂、采用负压法填充效果最好。

关键词： 静电纺丝技术   SnO2纳米管   微结构调控   气敏性能  

摘要： 当前的大气污染问题十分严重,人们对于高敏感高响应的气敏传感器的需求十分迫切。金属氧化物半导体气敏传感器具有应用范围广泛,敏感度高,测试条件简单方便等优点,是理想的气体检测设备。金属氧化物的气敏反应依赖于发生在固气界面的气敏催化反应,这一反应与金属氧化物的比表面积,颗粒尺寸大小,多孔结构以及缺陷,异质界面等微结构特性关系紧密。本论文关注金属氧化物微结构特性对气敏性能的影响,利用静电纺丝技术,通过对SnO2纳米管的微结构进行调控,建立了材料微结构特性与其气敏性能之间的联系。首先对静电纺丝方法制备的SnO2纳米管的形成机制进行了研究。实验证明PVP/SnCl2电纺纤维在烧结过程中经历了实心纤维-管中线结构-管状结构这一系列变化。通过将对烧结产物以及挥发产物的分析与形貌变化相结合,将SnO2纳米管的形成归结于PVP辅助的奥斯瓦尔德熟化机理。利用这一原理,对电纺纤维的烧结温度进行控制,可以得到的SnO2纳米管中线和纳米管。气敏测试发现SnO2纳米管中线对甲苯表现出良好的响应,而SnO2纳米管则对甲醛的响应较好,这说明SnO2不同的构型会影响气敏选择性。为研究SnO2的缺陷对气敏性能的影响,将Al离子掺杂入SnO2纳米管来研究氧空位缺陷与气敏性能的关系。随着Al掺杂量的增加,尽管其晶粒尺寸未受影响,SnO2的氧空位数量逐渐增加。在Al掺杂量为8%时,SnO2氧空位的数量最高,与此同时,该材料对甲醛表现出最高的气敏响应。实验证明Al掺杂的SnO2纳米管的气敏性能随氧空位的多少而变化,建立了SnO2的气敏性能与氧空位的联系。为减小由电纺技术制备的SnO2纳米纤维的晶粒尺寸,提升其气敏性能,将Si掺杂工艺应用于SnO2纳米管中线的制备中。实验证明,Si掺杂对SnO2的晶粒尺寸产生明显影响,1%Si掺杂的SnO2的晶粒最小,并且在低工作温度120°C下对甲醛表现出极高的气敏响应以及较快的响应和回复速度。此外,还研究了CeO2表面修饰对SnO2纳米管中线的气敏性能的影响。CeO2通过电子敏化作用,在局部增加的电子耗尽层的深度,提高了SnO2气敏性能。本研究为研究稀土元素在气敏材料的表面催化反应中的作用提供新的依据。

关键词： 半导体   微结构调控   气敏特性   光催化特性  

摘要： 半导体行业在科技中占据重要地位，因而半导体材料也成为当今电子信息工业和高新技术领域中最具影响力的材料之一。由于其独特的光电转换特性、气敏特性和光催化特性，半导体材料被广泛用来制造各类电子元器件，如发光二极管、气体传感器、太阳能电池等。更重要的是，半导体材料具有功能可调控性，使得其在各类新型功能材料或产品的开发方面具有很大的潜力，并成为现代材料科学领域的研究重点。目前，很多国内外的科研工作者均致力于半导体功能材料的可控设计、合成及优化。大量研究结果表明，通过对半导体材料的微结构进行调控，可以实现其宏观功能的设计开发和优化。因此，深入研究并阐明半导体材料的微结构对功能的调控机制是研究中的关键问题，也是设计开发高性能新型功能材料或产品的理论基础。 本论文基于NiO、In2O3和BiOI等常见新型半导体功能材料的微结构调控制备及改性，研究了微结构对半导体材料气敏及光催化特性的影响，在一定程度上阐明了微结构对半导体材料功能的调控机制。本文的主要内容归纳如下： (1)采用简单的水热法在温和的条件下制备了Ni1xFexO (x=00.05)纳米材料，通过XRD、SEM、XPS等多种表征手段对Ni1xFexO样品的组成﹑结构及形貌进行了相关分析。系统地考察了材料的气敏特性，确定了最佳掺杂比例、最佳工作温度、检测范围等，并深入探讨了微量Fe元素的掺杂对NiO基传感器气敏特性的影响及其作用机制，以期寻找可以有效替代贵金属的添加剂。 (2)在乙二醇/水混合体系中成功制备了具有分等级结构的InOOH海胆状微球。详细讨论了溶剂、添加剂等实验参数对产物的组成和形貌的影响，并通过时间演进过程探讨了产物的生长机理。随后以制备的InOOH海胆状微球作为前驱体，通过控制热处理过程的煅烧温度，得到了分别具有立方相、刚玉型及两者混合晶相的In2O3气敏材料，并进一步考察了晶相对In2O3气敏性能的影响及其作用机制。 (3)基于铋系化合物结构相似性和纳米p-n异质结的思想，以尿素和低温化学水浴法制备的BiOI花状微球作为前驱体，通过柠檬酸钠辅助的离子交换反应合成了组份比例可调控的Bi2O2CO3/BiOI异质结微球。详细讨论了尿素、柠檬酸钠的添加量对Bi2O2CO3/BiOI复合物的组成﹑结构和形貌的影响，并进一步探讨了异质结微球的形成过程。系统地考察了组份对Bi2O2CO3/BiOI异质结体系光催化性能的影响，并分析了光催化活性增强的机理，以期为其它铋系异质结型可见光催化材料的可控合成拓展思路。

关键词： TiO2   光催化   半导体复合   元素掺杂   形貌调控  

摘要： 能源问题和资源短缺正制约着人类社会的进步和发展,如何解决这些问题是21世纪的首要任务。同时各种化石燃料的燃烧、汽车尾气排放的CO2、SO2、NO2等污染物严重破坏了我们的生活环境,造成了日益严重的温室效应。因此寻找一种环境友好、洁净高效的可再生替代能源迫在眉睫。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的免费能源,是解决上述问题的理想能源供给。半导体光催化技术作为一支新型的学科,不仅能够有效的利用太阳能制造氢气,提供源源不断的能量供给,还能净化空气、水中的有害污染物,还原CO2,缓解温室效应带来的全球变暖,被认为是具有应用前景的能源和环境治理措施。因此,半导体光催化材料在能量转换和环境治理领域的应用已经成为材料和化学领域研究的新热点。 在过去的四十年中,半导体光催化技术得到了长足的进步,许多高效光催化材料陆续被科学家们报道并应用到实际环境中。其中TiO2和Cu2O半导体材料以其无毒、环境友好、稳定性佳、反应活性高等优点成为了半导体光催化技术的研究重点。然而,不管是TiO2还是Cu2O,都存在一些致命的问题导致其在实际应用当中无法发挥其潜在的价值,如光响应范围窄、量子效率低、不易回收等。 本论文主要从改善半导体光催化的几种有效途径入手,通过元素掺杂制备了N,H共掺TiO2,提高了拓展了Ti02的可见光光催化能力;通过自掺杂与半导体复合制备了Ti3+:Ti02/TiF3复合半导体光催化剂,同时提高了TiO2的可见光吸收能力和光生载流子的分离效率;通过模版法合成了不同比例的SrTiO3/TiO2异质结半导体材料,并探索了水热条件下利用TiO2模版合成MTiO3(M=Ba, Ca, Sr,Zn)微球的新方法;在常温下合成了空心Cu2O,并仔细研究了生长条件对形貌的影响。 本论文的主要内容如下： 在第一章中,介绍了半导体光催化技术的基本原理和基本研究现状,简要论述了目前半导体光催化技术的应用,包括光催化产氢、光催化还原二氧化碳、光催化降解有害有机物。紧接着提出了目前光催化技术面临的两个主要问题：量子效率低和光响应范围窄。然后简单介绍了常用半导体光催化剂TiO2和Cu2O的电子结构、能带结构和晶体结构。重点介绍了目前解决光催化应用发展的解决方案,包括元素掺杂(金属掺杂、非金属掺杂、自掺杂)、微结构调控、复合异质结,提出了本论文的选题意义、研究思路和主要研究内容。 在第二章中,使用CVD方法合成了N,H共掺TiO2分等级微球可见光光催化剂,研究了不同退火气氛对反应结果的影响。首先,利用醇热法合成了形貌均一的TiO2微球,然后以此为模版依次通过碱热和交换反应合成了H2TiO3分等级微球前驱体,将H2Ti03在不同气氛下退火得到了不同元素掺杂的TiO2分等级微球。通过光催化性能对比,发现N,H共掺拓展了TiO2的可见光吸收能力,表现出了良好的可见光光催化活性,并讨论了能带掺杂引起的可见光光催化机理。 在第三章中,使用一步醇热法合成了Ti3+:Ti02/TiF3复合光催化剂,并通过不同的反应条件合成了不同比例的样品,研究了其光吸收和光催化能力。TiF3的存在促进并稳定了TiO2中Ti3+的产生,由于TiO2中含有大量的Ti3+,样品表现出了良好的可见光吸收能力。两组对比试验证实,TiF3与TiO2中的Ti3+在Ti3+:Ti02/TiF3的光催化过程中必不可少。使用第一性原理对TiF3电子结构计算,发现TiF3具有不对称的电子能态密度。当TiO2中的Ti3+局域态掺杂浓度过高时,Ti3+会形成复合中心,提高光生电子和空穴的复合速率,而TiF3与Ti02能带匹配,复合后可以形成type-Ⅱ异质结,有效的分离了光生载流子,提高了样品的光催化效率。基于理论计算和对比实验,提出了Ti3+:Ti02/TiF3的光催化电子转移模型,并通过荧光光谱验证。 在第四章中,使用TiO2模版合成了不同比例的SrTiO3/TiO2异质结微球。通过调控不同反应Sr源的量,研究了SrTiO3/TiO2异质结的生长过程和转化机理。半导体异质结结构促进了光生载流子的分离,通过光催化降解Cr6+,比例为1：1的SrTiO3/TiO2复合光催化剂具有最好的光催化性能。通过研究了两者的能带结构,提出了其光催化反应机理。以此方法为基础,尝试利用TiO2微球为模版合成不同的MTiO3(M=Ba, Sr, Ca, Zn),结果显示仅有SrTiO3和CaTiO3保留了原有的微球结构。通过对比每个样品的微观形貌,总结并提出了相应的反应生长机理。 在第五章中,在常温下不借助表面活性剂合成了空心结构Cu2O。通过研究了不同反应条件下合成的Cu2O样品的电镜图片,提出了Cu2O空心结构由小颗粒团聚后经过Ostwald熟化的生长机理。该Cu2O具有较强的负电性,对MO具有极强的电性吸附能力。在此方法基础上,研究了

关键词： 静电纺丝   磁性能   纳米纤维   CoNdxFe2-xO4  

摘要： 本文主要研究静电纺丝技术制备磁性无机纳米纤维。静电纺丝技术是一项制备工艺流程简单、简单适用,且制备条件和设备要求低,便于操作的纳米纤维制备技术。通过对静电纺丝设备的简单改造和调整纺丝工艺参数,可制备出多种结构的纳米纤维,如多孔结构纳米纤维、纳米丝、纳米带、纳米管、芯-壳结构等;通过改造收集装置可以制备定向排列的纳米纤维。由于不同尺度、维度及结构的纳米材料具有不同的特性,因此,应用静电纺丝技术制备纳米材料是一项非常有价值的研究。纳米磁性材料的粉体与纤维结构存在较大的磁性差异,本文用柠檬酸(C6H8O7)与葡萄糖作为络合剂,金属盐为原料,通过溶胶-凝胶法制备出CoFe2O4纳米粉体;用柠檬酸(C6H807)作为络合剂,二甲基甲酰胺(DMF)与乙醇作溶剂,金属盐为原料,通过静电纺丝法制备出CoFe2O4纳米纤维;用稀土族元素Nd对CoFe2O4进行B位掺杂制备CoNdxFe2-xO4纳米纤维,以金属盐为原料,用柠檬酸(C6H807)、二甲基甲酰胺(DMF)为络合剂用静电纺丝技术制备出CoNd0.05Fe1.95O4纳米纤维,与CoFe2O4纳米纤维作磁性能对比。实验中用热重-差热分析仪(TG-DTA)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能量色散谱仪(EDS)表征样品的结构与成分。用场发射扫描电子显微镜(SEM)与透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌及微观结构表征。 实验结果表明：CoFe2O4干凝胶在空气气氛下经750℃热处理得到规整、纯相、结晶良好的CoFe2O4纳米粉体。CoFe2O4纤维前驱体在空气气氛下经750℃热处理得到纤维形较好,纯相、结晶良好的纳米纤维。CoFe2O4粉体与纤维磁性能不同,粉体样品的矫顽力力较小,为22.51Oe,饱和磁化强度较大,磁特性呈软磁特性;纤维样品的矫顽力较大,为458.17Oe,饱和磁化强度比粉体的饱和磁化强度略小,磁性能呈硬磁特性。对CoFe2O4进行B位掺杂,并用静电纺丝法制备CoNd0.05Fe1.95O4纳米纤维,通过XRD及EDS分析得到Nd3+成功掺杂且纯相、结晶较好的纳米纤维,经500-900℃热处理,得到形貌较好的纳米纤维,随着热处理温度升高,纤维表面粗糙度增加,在800-900℃时纤维表面形貌基本保持一致,纤维晶粒随热处理温度升高,晶粒大小随之增加,其矫顽力、饱和磁化强度及剩余磁化强度随晶粒大小增加而增加,在900℃时达到1029.16Oe。500-900℃热处理过程中矫顽力未出现下降的趋势,因为CoNd0.05Fe1.95O4纳米纤维未达到单畴临界尺寸。Wang Zhongli等人静电纺丝法制备CoFe2O4纳米纤维实验与本实验对比,CoFe2O4纳米纤维在700℃时矫顽力达到最大,选择900℃热处理后CoNd0.05Fe1.95O4纳米纤维与对比,其饱和磁化强度增加了45.5%,矫顽力增加了16.1%,剩余磁化强度增加了74.6%。

关键词： 显微CT   纳米CT   碳碳复合材料   微结构   孔隙率   可视化  

摘要： 计算机断层成像技术能在对被检测物体无损伤条件下，以—维断层图像或三维立体图像的形式，清晰、准确、直观地展示被检测物体内部的结构、组成、材质及缺损状况。通过采用微焦点或纳米焦点X射线源，可实现微米级甚至亚微米级的分辨率，适用于高精度、细微缺陷的成像检测。由于碳碳复合材料具有独特的多孔隙结构特征，而显微CT能提供详细的3D细节信息，可用于复合材料的高分辨率三维结构分析，是其它技术无法比拟的& (1)对三维针刺碳雕复合材料进行了显微CT实验研究，获得了高分辨率的显微CT图像。从x轴、y轴和z轴三个方向的CT图像对试样内部微结构进行了观察和分析，从CT图像中分辨出试样内部的孔隙、分层、纤维断束、裂纹和高密度夹杂等微结构。研究结果表明：从CT图像上可以判别材料内部针剌结构，裂纹主要沿纤维层扩展，统计得到试样的体积孔隙率约为5.7%。对三维针刺碳/碳复合材料的显微CT结果进行三维重构，提取了材料内部的孔隙、裂纹和夹杂并进行了三维可视化。 (2)对纺织碳破复合材料进行了显微CT实验研宄，获得了高分辨率的显微CT图像。从不同坐标轴方向的CT重建图像分析了纤维的拂布和编织方式，观察到试样内部的局部分层、孔隙分布。研宄结果表明：从断层图像中可以观察到纺织结构复合材料具有典型的正交编织分布特征。统计得到试样的体积孔隙率约为14%。对显微CT实验结果进行三维重构，从三维重构模型直接反映出试样的纤维编织结构，观察到了试样的表面缺束，提取了试样中的孔隙并对孔隙三维分布进行了可视化，讨论了纺织结构复合材料中不同方向纤维提取和分离的方法，从图像上比较成功的区分了y轴方向和z轴方向的纤维束，并对两个方向的纤维束进行了三维可视化6 (3)对ImmXlnnri尺寸的三维针刺碳/碳复合材料进行纳米焦点CT实验研究，获得了高分辨率的纳米焦点CT图像。基于三维CT图像数据集，从更小的尺度上分析了三维针刺碳雕复合材料的内部缺陷、纤维排布等微结构特征，统计得到试样的体积孔隙率约为13%，由于纳米CT能观察到尺寸更小的孔隙，其体积孔隙率与显微CT分析结果相比偏大。对纳米焦点CT试验结果进行三维重构，对孔隙和夹杂进行了三维可视化，分析了试样内部的纤维束排布，从重构结果中观察到了复合材料中分布的单根纤维，与扫描电镜分析结果中观察的纤维束分布?一致。

关键词： TiO2薄膜   微结构   光催化   反射隔热   超亲水  

摘要： 现阶段能源危机和环境污染已成为人类面临和亟待解决的重大课题。TiO2纳米材料的出现提供了一种有效的解决能源和环境问题的新思路。由于TiO2具有光催化、光电转换、高反射率等性质，使其在环境净化、光电池、传感器及涂料等方面拥有重要的应用价值。TiO2基光催化材料可以直接利用太阳光降解空气和水中的污染物,是解决环境问题的重要手段之一,具有巨大的应用潜力;而TiO2基高反射颜料在隔热涂料中的应用则是降低炎热地区建筑物空调能耗的有效手段。但是TiO2光催化降解污染物在实际应用中遇到一些认识或技术难题，如金红石氧化钛光催化活性为什么较低;氧化钛光响应范围较窄，不能有效利用太阳光;光催化剂回收困难等问题。此外，氧化钛薄膜的组成、微结构与太阳光谱反射率关系的理论研究尚不完善，也阻碍了氧化钛基反射隔热材料性能的提高。 本论文采用非均相化学沉淀法在云母表面构筑了不同组成和微结构的纳米氧化钛薄膜，系统研究了氧化钛薄膜的组成(晶型)、微结构对光催化性能、漫反射性能以及润湿性的影响。具体内容包括以下几个方面。 第一，云母表面锐钛矿氧化钛薄膜的构筑及其性能的研究。系统研究了pH值对云母表面氧化钛薄膜组成和成膜方式的影响，对比了钛源浓度和负载量对薄膜组成、微结构和紫外光催化性能的影响。研究发现，在pH值在1

关键词： 热辐射   微结构   钙钛矿   热致变色   3DOM结构   减反射  

摘要： 近年来,利用微结构来控制材料表面热辐射光谱特性的研究取得了长足进步,已有研究表明,当物质的特征尺寸接近于热辐射波长时,热辐射问题将与宏观热辐射问题截然不同,微结构表现出良好的热辐射光谱选择控制特性。利用微结构实现热辐射光谱特性控制的基本方法是：针对具体目标控制波段的光谱特性要求,选取合适的材料,设计得到具有一定形态特征的微结构,从而更好地实现热辐射能量传递及热辐射光谱控制。因此,微结构光谱控制在航天器热控制技术、太阳能技术、制造技术以及材料工业等领域都具有重要的应用前景。基于热致变色原理的钙钛矿锰氧化物由于其独特的表面热辐射性能而可用于航天器的智能热控制,但由于受到自身属性的限制,材料的热致变色效果不尽如人意,这严重影响了它在航天器智能热控涂层方面的应用。目前,利用太阳能发电主要使用的是以晶体硅为基底的太阳能光伏电池,但存在着成本高、转换效率低的问题,因此,如何提高太阳能光伏电池的转换效率以降低成本就显得至关重要。基于此,本文以微结构表面热辐射光谱特性为主要研究对象,通过在钙钛矿锰和单晶硅表面构造微结构来研究微结构对功能材料热辐射光谱特性的调控作用,希望能对工程应用产生一定的指导作用。本文具体研究内容包括以下几个方面： 1、一维、二维周期性热致变色材料的制备 采用固相反应法制备出了多种不同组分大块体的钙钛矿锰热致变色材料,并研究了掺杂比例、烧结温度等制备工艺对材料结构和性能的影响。利用光刻蚀技术在钙钛矿锰材料表面构造出了一维光栅结构和二维孔穴阵列结构,并研究了刻蚀工艺对微结构性能的影响。构造得到光栅结构的周期约为10μm,光栅槽宽为6.0μm,槽深为2.0μm;孔穴阵列结构的周期约为10μm,孔穴直径为6.0μm,孔深为2.0μm。 2、一维、二维周期性热致变色材料的热辐射光谱特性研究 对实验制备出的构造有不同微结构表面的钙钛矿锰样品进行了光学测试,进而通过计算得到了材料的表面热辐射特性,研究了一维光栅结构和二维孔穴阵列结构表面对钙钛矿锰材料热致变色性能的影响,并分析了产生这些影响的原因。测试结果表明,构造有一维光栅和二维孔穴阵列结构的热致变色表面热辐射性能均得到增强,对于具有光栅结构表面的La0.825Sr0.175MnO3材料,其热致变色性能得到显著改善。 3、三维有序大孔（3DOM）热致变色材料的制备 三维有序大孔（3DOM）材料是一种典型的三维光子晶体材料。采用胶晶模板法制备出了三维有序大孔的钙钛矿锰材料,通过改变实验条件,制备出了多种不同孔径、不同组分的热致变色功能材料,并研究了不同制备工艺对材料结构和性能的影响。实验结果表明,制备得到的热致变色功能材料有序性较好,3DOM结构完整,且已形成单相钙钛矿结构。 4、三维有序大孔（3DOM）热致变色材料的热辐射光谱特性研究 研究了三维有序PS胶体晶体的光学性能,由于3DOM结构完全是PS胶晶模板的逆复制,三维有序PS胶体晶体的质量会直接影响到3DOM材料的结构,因此,研究三维有序PS胶体晶体的光学性能也具有非常重要的意义。对实验制备出的具有不同孔径、不同组分三维有序大孔的钙钛矿锰样品进行了光学测试,得到了其表面热辐射特性。实验结果表明,得到的PS胶体晶体三维有序性较好,具有明显的光子禁带效应,而3DOM结构材料的光子禁带效应不太明显。同时,3DOM材料均具有较高的发射率,但材料的热致变色性能不太显著。 5、单晶硅（Si）微结构表面的制备及其热辐射光谱特性研究 以单层紧密排列的PS胶体晶体为掩模板,分别采用等离子体刻蚀（PE）、电感耦合等离子体刻蚀（ICP）和反应离子刻蚀（RIE）技术在单晶硅（Si）表面构造出了一定的纳米微结构,并研究了不同刻蚀工艺对微结构性能的影响。对构造的微结构表面进行了光学测试,研究了微结构对光谱特性的调控作用。实验结果表明,采用等离子体刻蚀方法能在单晶硅表面构造出较完整的周期性微结构,而电感耦合等离子体刻蚀和反应离子刻蚀得不到明显的周期性结构。光学测试结果表明,构造的微结构表面均能有效降低晶体硅材料的光谱反射率,同时,具有一定周期性的纳米柱微结构表面的光谱反射率要明显低于随机结构表面的光谱反射率。

关键词： 尖晶石型纳米晶   锰锌铁氧体   溶胶凝胶法   纳米粉末   磁性能   居里温度  

摘要： 目前,尖晶石型锰锌铁氧体因高磁导率、低矫顽力和低功率损耗等性能而在电子工业中应用非常广泛,所以科学人员对其磁性能的研究一直没有间断,然而到20世纪80年代,纳米材料开始受到科研界青睐时,处在纳米尺度下锰锌铁氧体材料的特殊性质也将迅速受到社会广泛关注。　　本文用sol-gel法,制备了x=0、x=0.1、x=0.25、x=0.5、x=0.8、x=0.9和x=1一系列不同组分的纳米晶MnxZn1-xFe2O4粉末并对其微结构和磁性能进行分析。顾及到当前块材应用最广,因此,将锰锌铁氧体纳米粉末加工成一定形状的粘结体且进行磁性能检测,有望这种材料能得到实际应用。研究内容如下:　　(1)对不同组分纳米粉末样品的微结构和磁性能进行检测,目的是研究组分、晶粒大小以及磁性能三者之间的关系。XRD检测结果表明,组分不同,样品易出现细微的晶胞常数改变和α-Fe2O3杂相。再通过TEM表征了纳米粉末的晶粒大小和形貌结构,并且介绍不同组分和处理条件对样品微结构的影响,为选择特定的样品再深入研究而提供依据。然后,通过振动样品磁强计测量磁滞回线,结果表明,组分x=0.8、0.5和0.25,晶粒大小分别是D=86nm、77nm和23.3nm,对应的比饱和磁化强度分别为4.31emu/g、5.213emu/g和7.925emu/g,可见,要提高上述三个组分样品的磁性能,不可忽视晶粒大小的影响。另外,居里温度Tc与晶粒大小也有关,但晶粒大小对居里温度的影响较小,居里温度 Tc与组分x满足线性关系,为进一步研究室温氧化物磁制冷和磁液体材料提供参考。　　(2)对组分x=0.25样品的微结构和磁性能进行详细研究。XRD检测结果表明,样品的主要物相是面心立方尖晶石型锰锌铁氧体,对应的空间群是Fd3_m(227)。通过SEM和TEM表征了纳米颗粒大小和形貌结构。对前驱体采用TG-DTA技术分析热分解过程,得出制备的最佳PH值、搅拌时间和煅烧温度。然后研究不同晶粒大小粉末样品的制备工艺,结果表明,煅烧时间为2h,600~650℃的煅烧温度,晶粒随煅烧温度升高,长大较快;650~720℃,晶粒大小不变,甚至随煅烧温度升高有变小的趋势;720~810℃,晶粒随煅烧温度升高会长大至最大值。煅烧温度为750℃,煅烧时间在5.5h内,晶粒大小可以控制在42.5~66nm之间。将纳米粉末加工成Φ12mm圆柱形粘结体。通过NIM-200C磁性材料不同温度测试系统测量磁体的磁滞回线,该样品晶粒大小D=86.6nm、其饱和磁化强度Ms=1.26kGs、剩余磁感应强度Br=0.341kGs、矫顽力Hcj=0.791kOe且探究了粘结体磁性能低,暂不能投入到市场应用的原因。

关键词： Bi2Te3基化合物   存在形式   复合   热电性能   微结构  

摘要： Bi2Te3体系是重要的低温热电材料体系，在热电制冷和热电发电等领域具有广阔的应用前景。掺杂和结构纳米化是提高Bi2Te3体系热电性能的主要途径。Cu是Bi2Te3体系中重要的掺杂元素之一，且在Bi2Te3中有多种存在形式，包括在格点位置，插层位置以及形成Cu2Te第二相等。不同的存在形式对材料性能影响很大，但迄今为止对其存在形式并没有统一认识，一直存在争议。因此，研究和探明Cu在Bi2Te3中的存在形式对于调控和优化Bi2Te3体系的结构和热电性能具有重要意义。 针对Bi2Te3体系研究存在的上述问题，本论文以Cu2Te复合Bi2Te3化合物为研究对象，首先系统探索了Cu在Bi2Te3化合物中的可能存在形式，在此基础上研究了Cu插层样品、Cu掺杂原位形成第二相样品及Cu2Te少量复合Bi2Te3化合物的微结构与热电性能的影响规律。对于Cu2Te大量复合时，系统研究了Cu2Te-Bi2Te3伪二元系统微结构随组成、冷却速率、退火工艺等因素的影响来探索Cu2Te在Bi2Te3中的有序分布，得到如下结论： （1）Cu在Bi2Te3化合物中的存在形式探索研究：按CuxBi2-xTe3、CuxBi2Te3-x以及CuxBi2Te3三种方式配比并对锭体进行各种测试表明Cu取代Bi、Te原子的可能性很小，而Cu存在于Bi2Te3的五原子层间可能性很大。当x进一步增大，超过0.01时，原位生成了第二相Cu2Te。 （2）Cu、Cu2Te掺杂Bi2Te3基化合物的热电性能研究：Cu插层的样品CuxBi2Te3（x=0.005-0.02）中，随着插层量的增加，电导率先减小，随后Cu提供电子使之电导率增大，出现少量第二相后电导率再次减小。Seebeck系数的变化规律则是随着插层含量的增大而增大。热导率在低温下降低较明显，x=0.01的样品在400K时获得最大ZT值约为0.36，相比于未掺杂的Bi2Te3样品ZT值提高了约16%。 Cu在Bi2Te3化合物中原位形成第二相样品CuxBi2Te3（x=0.05-0.13）中，随着第二相含量的增加，载流子浓度降低了约一个数量级，电导率先降低后增大，但是均低于未掺杂的Bi2Te3，而迁移率在室温下差异不大。Seebeck系数变化规律与电导率相反。热导率仅在室温附近有较小程度的降低，最终x=0.13时，材料在375K获得最大ZT值为0.43，相比于未掺杂的Bi2Te3，热电性能提高了约30%。(Cu2Te)x(Bi0.5Sb1.5Te3)1-x（x=1%-9%）复合材料样品中，随着复合量Cu2Te的增加，载流子浓度增加，电导率、热导率大幅增加，Seebeck系数减小，而晶格热导率在高温下有一定程度的下降。复合后样品的最佳ZT值都向高温偏移，x=1%的样品在475K时获得最大值为0.9，这相比未掺杂的Bi0.5Sb1.5Te3在325K时取得的最大值0.76来说，提高了约18%。 （3）Cu2Te-Bi2Te3伪二元系统的有序微结构研究 Cu2Te-Bi2Te3伪二元系统没有低共熔温度，类似于共晶组织，在(Cu2Te)x(Bi2Te3)1-x中x为0.4-0.6为共晶组成。在该组成下Cu2Te以短棒状有序均匀的分散在Bi2Te3基体中。每种冷却速率下均存在片层和圆点的形貌，但是过冷度的不同使得其尺寸上有明显的差异。冷却速度越快，片层间距越小。(Cu2Te)3(Bi2Te3)2化合物的退火结果来看退火温度升高和退火时间增加都会使微结构发生变化，尺寸变大，且退火温度的影响大于退火时间。