氧化鋅納米材料的制備、表征及微波吸收性能.pdf

1、近年來，隨著科學(xué)技術(shù)和電子工業(yè)的高速發(fā)展，使得電磁輻射污染成為一個日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。而納米科技的飛速發(fā)展為解決能源與環(huán)境危機(jī)提供了諸多的機(jī)遇與廣闊的前景。ZnO納米材料以其在電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、和熱學(xué)方面展現(xiàn)出的優(yōu)異特性，從而在激光器、變頻器、生物傳感器、氣敏元件及納米儲能器件等方面具有的應(yīng)用前景而倍受關(guān)注。而由于其低密度、輕質(zhì)量、優(yōu)異的半導(dǎo)體性能以及它能大量制備的特點(diǎn)，同時ZnO成為一種新穎而優(yōu)異的微波吸收材料。本論文以納米材料的制備

2、和應(yīng)用為背景，以ZnO納米功能材料的制備與表征為重點(diǎn)，報道了不同形貌的ZnO納米材料的制備及其電磁波吸收與防護(hù)性能的研究成果。主要研究的內(nèi)容及成果如下： 1、以鋅粉和氧氣為原料，采用金屬熱蒸發(fā)化學(xué)氣相沉積方法制備出了不同形貌的ZnO一維納米棒和二維梳子狀結(jié)構(gòu)。測試發(fā)現(xiàn)樣品的形貌、結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)以下四種因素來控制：反應(yīng)溫度、原料與模板之間的距離、原料的種類、模板的種類。我們結(jié)合試驗結(jié)果，利用化學(xué)氣相沉積中的結(jié)晶成核理論對不同形貌

3、納米結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理做出了理論上的解釋，闡述了ZnO的晶體極性與其豐富形貌之間的內(nèi)在聯(lián)系。用光致發(fā)光分析研究了這些ZnO納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性。發(fā)現(xiàn)所制備出的ZnO納米結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的綠色發(fā)光帶。 2、通過改進(jìn)的二步化學(xué)氣相沉積方法快速制備了整齊一致的分層次ZnO納米樹狀結(jié)構(gòu)，也就是許多整齊一致的ZnO納米棒生長在初級單晶ZnO納米線的表面。我們制備的次級ZnO納米棒分支相對于初級ZnO納米線來說具有獨(dú)特的各向同性均一輻射狀的對稱性，和其

4、他研究小組得到的六角對稱結(jié)構(gòu)不同。我們細(xì)致研究了它的形貌及界面細(xì)微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其二次生長的ZnO納米棒和初級ZnO納米線模板之間并不是晶體取向外延的關(guān)系，這一現(xiàn)象是因為在快速生長過程中的很高的升溫速率導(dǎo)致的。我們還提出了這一現(xiàn)象其獨(dú)特的結(jié)晶成核理論生長的機(jī)理，并研究了其在不同生長條件下的光致發(fā)光光譜，解釋了其發(fā)光與生長條件、缺陷之間的關(guān)系。分層次全向?qū)ΨQ性的ZnO樹狀納米結(jié)構(gòu)可能在例如場發(fā)射、光伏器件、透明電磁波防護(hù)、超級電容器、太陽能電

5、磁等很多方面都有應(yīng)用的前景，特別是在那些不僅要求高的比表面積而且還要求結(jié)構(gòu)完整性的復(fù)合功能性納米器件，如全向激光發(fā)射器、微管清理裝置、樹狀生物傳感器等方面的應(yīng)用前景十分廣闊。 3、對ZnO一維納米棒、二維納米梳、三維納米樹狀結(jié)構(gòu)與石蠟的復(fù)合納米材料進(jìn)行了微波吸收性能的測試與研究，發(fā)現(xiàn)三種結(jié)構(gòu)都具有吸波特性，而且二維納米梳、三維納米樹狀結(jié)構(gòu)復(fù)合吸波材料的性能都及其優(yōu)異。對梳子狀的ZnO納米結(jié)構(gòu)來說，當(dāng)ZnO梳子狀50％體積比的納米

6、復(fù)合層厚度為2.5 mm時，其損耗達(dá)到了最大值，在頻率11 GHz附近達(dá)到了-12 dB。而對于60％體積比的ZnO納米樹結(jié)構(gòu)復(fù)合吸波材料來說，其厚度為4.0mm時衰減最大值在4.2GHz附近達(dá)到了驚人的-58 dB。對比ZnO的形貌、結(jié)構(gòu)對其復(fù)合材料吸波性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增加其吸波性能也顯著增加，在此基礎(chǔ)上提出了復(fù)雜結(jié)構(gòu)納米吸波材料的概念。并著重對三維樹狀ZnO納米復(fù)合材料不同含量、不同厚度的樣品進(jìn)行細(xì)致地對比研究，得出