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半导体无机纳米材料的光学特性及其应用研究

汪斌华

  半导体无机纳米材料在紫外-可见光区具有特殊的光学特性,本文用紫外-可见漫反射和水悬浮液吸收光谱方法研究半导体纳米材料的紫外-可见光学特性,重点探索半导体纳米材料对紫外光的阻隔性能,并研究它们在建筑涂料、热塑性塑料和热固性粉末涂料中的应用技术。漫反射光谱方法可以定性研究半导体纳米材料的紫外-可见光学性质,这种方法可以得到半导体纳米材料对紫外-可见光的响应方式(吸收或反射)。研究表明,半导体纳米材料的紫外-可见漫反射光学性质与它们的带隙能有密切关系,纳米TiO_2和ZnO具有很强的紫外吸收和可见光反射特性,它们是很好的紫外线吸收材料;纳米SiO_2在紫外-可见光范围具有较强的光反射性能,但在λ=230nm附近有一强度不一的吸收峰,吸收峰的强度与纳米SiO_2的结构和表面状态有关,这一结果澄清了关于纳米SiO_2的紫外吸收或反射性质的争论;金属Ni包覆纳米ZnO在190nm~1500nm整个宽频段范围都显示出极强的光吸收性能。采用水悬浮液吸收光谱方法定量研究了一定浓度下半导体纳米材料对紫外光的屏蔽能力,研究发现,较低浓度下,半导体纳米材料的水悬浮分散体系在紫外区的吸收峰除含有分散相对紫外光的选择性吸收成分外,还包括分散相对紫外光的散射消光,纳米材料的水悬浮液分散体系遵循Rayleigh或Mie光散射理论,它们在紫外区的吸收峰来源于光吸收与光散射的加和。在同等浓度下,金红石型纳米TiO_2具有最强的紫外消光度,涂料钛白和微米级ZnO只有很弱的紫外消光度。纳米复合材料分散体系的紫外消光度大于单一纳米材料分散体系的消光度,具有紫外线吸收性质的纳米材料与具有反射紫外线性质的纳米材料之间发生了一定的协同效应。结合紫外-可见光谱的研究结果,本文设计了具有独特配方的多元四川大学博士学位论文摘要无机纳米复合材料改性建筑外墙乳胶漆,得到了具有良好抗老化性能和优异综合性能的建筑外墙乳胶漆。考察了纳米TIO:对聚丙烯材料拉伸和冲击力学性能的影响,研究了纳米TIO:改性聚丙烯的力学性能与人工老化时间的关系,并用红外光谱法研究了纳米改性聚丙烯材料的抗老化机理。结果表明,在聚丙烯中单纯添加纳米TIO:对聚丙烯的抗老化性能影响不大,添加纳米TIO:不能改变聚丙烯的老化机理;纳米TIOZ与有机紫外线吸收剂、紫外光稳定剂合用可以有效地减缓聚丙烯材料的老化进程。本文首次使用纳米复合材料对不饱和聚醋粉末涂料进行了改性研究,发现纳米复合材料可以大幅提高不饱和聚酷粉末涂料的抗老化性育旨。……   
[关键词]:半导体纳米材料;纳米TiO_2;纳米ZnO;纳米SiO_2;紫外-可见光谱;建筑涂料;聚丙烯;聚酯粉末涂料;老化性能
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:四川大学2003年