一維氧化鋅的制備及其吸波性能研究.pdf

1、氧化鋅是一種新型的Ⅱ-Ⅳ族直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，納米氧化鋅具有納米材料和優(yōu)異半導(dǎo)體材料兩方面的獨特性質(zhì)，在液晶顯示器、太陽能電池、保護性涂層、氣敏元件和紫外發(fā)光器件等領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。最近幾十年來，關(guān)于ZnO納米材料制備方面的研究取得了巨大的進步。零維(0D)納米氧化鋅的合成與制備已經(jīng)取得了很大的進展，但一維(1D)、準(zhǔn)一維(quasi.1D)及二維(2D)納米氧化鋅及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的制備和研究仍面臨著挑戰(zhàn)。本文選擇ZnO納米體

2、系為研究對象，側(cè)重于一維(1D)納米ZnO的制備及其電磁性能、吸波性能的研究。
　　 本文分別采用溶液生長法、電場輔助溶液生長法以及靜電紡絲三種簡單易行的制備方法制備了多針狀、短棒狀、超長棒狀以及纖維網(wǎng)絡(luò)狀的準(zhǔn)一維納米氧化鋅，并研究其電磁性能、吸波性能。利用掃描電子顯微鏡、超景深電子顯微鏡、X射線衍射儀和微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀分別對其結(jié)構(gòu)、形貌、電磁性能和吸波性性能進行了表征，并對表征結(jié)果進行了分析與討論:
　　 采用溶液生

3、長法，研究了使用不同模板劑對氧化鋅結(jié)構(gòu)與形貌的影響;利用六亞甲基四胺體系合成了多針狀氧化鋅（直徑約為500nm、長徑比為10左右），并探索了不同反應(yīng)時間、濃度對多針狀氧化鋅結(jié)構(gòu)與形貌的影響;解釋了多針狀氧化鋅的生長機理。采用電場輔助法制備得到了超大長徑比的一維氧化鋅棒（直徑為300nm、長徑比達100），研究了外加電壓大小對棒狀氧化鋅形貌的影響，解釋了電場輔助下氧化鋅棒的生長機理。采用靜電紡絲法獲得了纖維網(wǎng)絡(luò)狀氧化鋅（直徑在300nm-

4、500nm，交叉網(wǎng)絡(luò)狀纖維），研究了前驅(qū)液濃度、外加電壓等靜電紡絲參數(shù)對纖維網(wǎng)絡(luò)形貌的影響。
　　 對獲得的類球狀、多針狀、短棒狀、超長棒狀以及纖維網(wǎng)絡(luò)狀氧化鋅進行了電磁性能與吸波性能分析。其中纖維網(wǎng)絡(luò)狀氧化鋅具有較強的微波衰減特性，以其與石蠟按質(zhì)量比3:1復(fù)合體在10.7GHz微波衰減達到最大值27.8dB;多針狀氧化鋅石蠟復(fù)合物微波衰減最大值為17dB左右;棒狀氧化鋅的長徑比越大吸波性能稍強，衰減最大值在5dB～10dB之間

5、;類球形氧化鋅石蠟復(fù)合物有較弱的吸波性，衰減最大值在3dB以下。不同形貌氧化鋅的吸波性能存在差異，本文中氧化鋅材料損耗的機制是介電損耗，來源主要包括中間配位四面體ZnO46-發(fā)生轉(zhuǎn)向極化的弛豫衰減、界面極化衰減以及空間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)衰減三個方面。一維氧化鋅（長棒狀、多針狀、纖維網(wǎng)絡(luò)狀）較球形氧化鋅具有更強烈的轉(zhuǎn)向極化衰減、界面電荷極化衰減以及電導(dǎo)損耗。隨著由類球形、短棒狀、長棒狀、多針狀的形貌變化順序，界面的缺陷增大、界面電荷極化效應(yīng)增強