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纳米晶TiO_2材料的制备及其光电子特性的研究

作　者: 丁莹莹
导　师: 李葵英
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: 纳米晶TiO2 表面电子结构 光声光谱 表面光电压谱
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 131次
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内容摘要


本文利用溶胶-凝胶法制备纳米晶TiO2。样品制备过程中采用了两种不同表面活性剂（十二胺和十八胺）作为抑制生长剂,其目的是为了减少纳米二氧化钛粒子的团聚,增加材料的比表面积。本文通过相应的检测手段对二氧化钛纳米样品进行了结构表征;利用光声和表面光伏技术对样品表面电子态的性质,以及光诱导表面电荷转移跃迁特性进行了研究。样品的X射线（XRD）结果表明,样品中锐钛矿含量随着焙烧温度的增加而降低;同样,水解温度的提高也会增加样品中锐钛矿的含量;但是,延长焙烧时间则加速了二氧化钛由锐钛矿型向金红石型转化的过程。样品透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）的结果表明,使用上述两种表面活性剂制得样品中,十八胺作为表面活性剂明显减少了样品颗粒之间的团聚,增加材料的比表面积。差热分析（TG-DSC）曲线和弗里埃变换红外吸收（FT-IR）光谱的结果表明,最终得到样品中表面活性剂的成分已经被基本去除。实验测定了纳米晶TiO2样品的光声光谱（PAS）,表面光电压谱（SPS）和电场诱导表面光电压谱（EFISPS）。对测试结果分析后认为,波长在380 nm处出现的表面光伏响应与锐钛矿型TiO2的表面电子结构有关,属于主带隙电荷转移跃迁;结合样品的光声光谱和表面光电压谱的结果发现,随着样品平均粒径的减少,无辐射跃迁产生的光声信号增强,同时适当降低样品中锐钛矿的含量,可以显著减少样品表面无辐射跃迁的成分,提高光量子效率。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-24
  1.1 纳米材料概述  9-10
  1.2 纳米材料结构特点  10-11
  1.3 光子晶体概述  11-15
    1.3.1 光子晶体的定义  11-12
    1.3.2 光子晶体的结构和分类  12-13
    1.3.3 光子晶体的制备  13-14
    1.3.4 光子晶体的应用  14-15
  1.4 纳米晶TiO_2 材料概述  15-19
    1.4.1 TiO_2 的能带结构  16-17
    1.4.2 TiO_2 的晶体结构  17-18
    1.4.3 纳米晶TiO_2 的光化学特性  18-19
    1.4.4 纳米晶TiO_2 研究现状  19
  1.5 纳米二氧化钛的制备方法  19-22
    1.5.1 物理方法  19-20
    1.5.2 化学方法  20-22
  1.6 本论文的选题意义及研究内容  22-24
第2章 实验设备与原理  24-50
  2.1 多功能作用光谱仪简介  25-30
    2.1.1 多功能作用光谱仪系统组成  25-26
    2.1.2 光声池结构及原理  26-28
    2.1.3 光电压池结构  28
    2.1.4 多功能作用光谱仪的其他组成部分  28-29
    2.1.5 光声池的设计  29-30
  2.2 光声理论  30-37
    2.2.1 圆柱形光声池中光声信号的推导  31-33
    2.2.2 声的激发  33-36
    2.2.3 光声信号的特殊解  36-37
  2.3 表面光电压的原理  37-49
    2.3.1 表面光伏效应的产生机制  37-42
    2.3.2 场效应原理  42-44
    2.3.3 表面光电压的测量原理  44-49
  2.4 纳米晶TiO_2 的制备设备  49
  2.5 本章小结  49-50
第3章 纳米晶TiO_2的制备及结构表征  50-62
  3.1 样品的制备  50-52
    3.1.1 十二胺为表面活性剂TiO_2 样品的制备  50-51
    3.1.2 十八胺为表面活性剂TiO_2 样品的制备  51-52
  3.2 样品的结构表征  52-61
    3.2.1 X 射线分析  53-55
    3.2.2 TEM 分析  55-57
    3.2.3 TG-DTA 分析  57-60
    3.2.4 红外可见吸收光谱(FT-IR)分析  60-61
  3.3 本章小结  61-62
第4章 纳米晶TiO_2光声与表面光伏特性研究  62-77
  4.1 表面光电压谱和光声光谱的测定  62-63
  4.2 十八胺为表面活性剂制得TiO_2 样品的测定结果与讨论  63-71
    4.2.1 表面光电压谱  63-64
    4.2.2 光声光谱  64-66
    4.2.3 高锐钛矿相样品的测定结果与讨论  66-69
    4.2.4 高金红石相样品的测定结果与讨论  69-71
  4.3 十二胺为表面活性剂制得TiO_2 样品的测定结果与讨论  71-76
    4.3.1 表面光电压谱  71-73
    4.3.2 光声光谱  73-75
    4.3.3 场诱导表面光电压谱  75-76
  4.4 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-83
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  83-84
致谢  84-85
作者简介  85

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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