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纳米无机非金属材料的合成、表征及性质研究

翟永清

  纳米材料由于其介观效应而表现出不同于常规体材料的独特物理化学性质,因而对纳米材料的合成和性质研究已经成为材料科学、物理学以及化学学科的前沿。Y_2O_3:Eu和Gd_2O_3:Eu均是重要的红色发光材料,其纳米材料在发光领域具有重要的应用前景。传统的合成方法是高温固相反应,由于灼烧温度高、灼烧时间长,形成硬团聚体,产物粒径较大,一般为μm级,需进行球磨粉碎以减少其粒径,很难制得均相、均一粒度分布的氧化物粉体,在研磨过程中容易引入杂质且晶形破坏使得发光亮度减小。为此,本工作开发了一种新方法,即:EDTA络合溶胶凝胶法,用语用于制备Y_2O_3:Eu、Gd_2O_3:Eu纳米晶,通过TG-DTA、FTIR、XRD、EDS、SEM、荧光分光光度计等手段对凝胶的热分解机理、Y_2O_3:Eu和Gd_2O_3:Eu的形成过程以及纳米晶的性质进行了细致的研究,摸索出一套在常规实验室条件下,评价纳米材料合成工艺及表征材料性能的分析方法。研究表明:该法在相对较低的温度下即可得到颗粒细小、组分均匀、纯立方相的Y_2O_3:Eu和Gd_2O_3:Eu纳米晶,颗粒基本呈球形。同时,发现了纳米晶一些新奇的发光性质,即:发射光谱蓝移现象,激发光谱红移中电荷迁移带(CTB)明显红移,猝灭浓度提高等。与固相法相比,EDTA络合溶胶-凝胶法具有混合均匀、化学计量易于控制、能在较低的温度下形成分散性好且粒度细的粉体等优点,在600-1200℃之间,相同温度下,EDTA络合溶胶凝胶法制得的样品的发光强度明显高于固相法,因而是一种制备纳米复合氧化物发光粉的有效方法,将为获得高掺杂浓度、高发光效率、不需要球磨的纳米发光材料奠定基础。在成功地合成了两组份纳米稀土氧化物的基础上,又将EDTA络合溶胶-凝胶法应用于合成多组份的钙钛矿型纳米稀土复合氧化物La_(1-x)Sr_xFeO_3、LaFe_(1-x)Cu_xO_3、La_(1-x)Sr_xCoO_3、LaCo_(1-x)Cu_xO_3等,并用TG-DTA、FTIR、XRD、EDS、SEM等手段研究了凝胶的热分解机理、复合氧化物的形成过程、纳米晶的物相结构、微观形貌、粒度大小、组分均匀性等,同时研究表明该工艺合成的纳米LaCo_(1-x)Cu_xO_3具有良好的光催化活性。河北大学理学博士学位论文对于单一组份的稀土氧化物,探索出一条更经济、更方便的合成方法,即:用碳酸氢钱做稀土沉淀剂,成功地制备了纳米L匆03,并对中间产物碳酸斓及其烧成的氧化斓分别进行了IR、TG一DTA、SEM、xRD分析研究,确定了碳酸悯的组成,氧化斓的物相、结构,并发现分散剂的种类对微观形貌有一定的影响。此外,研究发现:发现L匆03并非象以往文献中所述一是一种化学性质稳定的稀土氧化物,而是一种化学性质不稳定的氧化物,能够在空气中缓慢吸水并逐渐转变为La(oH)。。与市售微米级氧化斓相比,自制的纳米氧化斓具有更强的水解反应活性,体现出纳米材料的表面效应。TG一DTA及XRD研究表明,氧化斓水解生成的氢氧化悯经过高温灼烧后,可逆转变成氧化斓。通过加入分散剂对传统的液相沉淀法进行改进,制备出p一ZnS纳米粉末,并对制备过程中沉淀、洗涤、干燥以及晶化等阶段的反应条件对产物的影响进行了探讨,确定了最佳工艺条件。光吸收性质研究表明:本工作制得的硫化锌纳米晶对UV光的吸收较强,且吸收光谱出现蓝移现象,体现了纳米材料的尺寸效应及表面效应。采用低温一低压水热合成法,在150℃,o.SMPa以下合成了一系列Bal一xsrxTil一ysnyO3固溶体纳米粉末,由于掺杂离子均匀进入母体晶格以及材料的结晶更完整,使得介电性能明显改善,不仅t。降低,而且室温介电常数比BaTio3纯相提高近ro倍,而介电损失降低到1/8,烧结温度比传统微米级粉体的烧结温度降低150一200℃。……   
[关键词]:纳米材料;氧化物;硫化物;合成;分析表征;性质
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:河北大学2003年