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ZAO靶材的制备及性能测试

作　者: 王汉斌
导　师: 邵忠宝
学　校: 东北大学
专　业: 物理化学
关键词: 纳米ZnO ZAO复合粉体 ZAO靶材直接沉淀法高温能量球磨法
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

ZAO是在ZnO中掺杂少量的Al2O3,形成的一种n型半导体。它的性能可以与ITO(Sn2O3:In)相媲美,因此ZAO目前越来越受到广泛的重视。本文用直接沉淀法制备纳米ZnO、Al2O3粉体,高温能量球磨法制备纳米ZAO复合粉体,在此基础上研究了ZAO靶材的制备条件对其性能的影响。以ZnSO4·7H2O和NH4HCO3为原料,用直接沉淀法制备纳米ZnO粉体。讨论了锌离子浓度、煅烧温度对粉体性能的影响。以AICl3·6H2O和NH4HCO3为原料,用直接沉淀法制备纳米Al2O3粉体。分别采用马弗炉高温煅烧和高温能量球磨两种方法制备ZAO复合粉体。用差热-热重(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等检测方法对粉体进行了性能表征。讨论了Al2O3掺杂量、烧结温度对ZAO靶材电阻率、致密度的影响。实验结果表明：在最佳条件(溶液pH=7.5、反应温度为80℃、NH4HCO3溶液浓度为1.6 mol/L、Zn2+浓度为0.5 mol/L、煅烧温度为700℃)下制得的纳米ZnO粉体的平均粒径约为47nm,在1100℃煅烧制备的Al2O3粉体的平均粒径约为50nm,粒度分布均匀,表面形貌呈球型,纯度高。通过对比马弗炉和球磨机两种方法制备的ZAO复合粉体的平均粒径大小,粒度分布,以及表面形貌等,可知高温能量球磨法能在较低温度下制得性能良好的纳米粉体材料。ZAO靶材的最佳制备条件：Al2O3质量掺杂量为3%,烧结温度为1300℃,此条件下制备的靶材的电阻率为8.2×10-2Ω·cm,相对密度为90.8%。

全文目录

摘要  5-6
英文摘要  6-12
第1章绪论  12-23
  1.1 纳米科学与技术  12
  1.2 纳米材料与纳米半导体材料  12-17
    1.2.1 纳米材料的定义  12-13
    1.2.2 材料的纳米效应  13-14
    1.2.3 纳米半导体材料  14-17
      1.2.3.1 纳米半导体材料特性  14-16
      1.2.3.2 纳米半导体材料的应用前景  16-17
  1.3 ZAO复合材料及其应用前景  17-21
    1.3.1 ZAO复合材料的结构特性及导电机理  17-18
    1.3.2 ZAO复合粉体的应用  18-21
      1.3.2.1 在化妆品、纺织品及陶瓷制品等生产、生活用品中的应用  19
      1.3.2.2 用于表面声波器件  19-20
      1.3.2.3 ZAO发光二极管(LEDs)和激光二极管(LDs)  20
      1.3.2.4 热阻挡层  20
      1.3.2.5 平板显示器  20
      1.3.2.6 电磁屏蔽  20-21
      1.3.2.7 用于气敏材料  21
  1.4 论文的研究意义和研究内容  21-23
    1.4.1 研究意义  21-22
    1.4.2 研究内容  22-23
第2章纳米ZnO的制备及性能表征  23-33
  2.1 直接沉淀法的原理及特点  23
  2.2 实验试剂与仪器  23-24
  2.3 纳米ZnO粉体的制备及性能表征  24-32
    2.3.1 实验步骤  24-25
    2.3.2 粉体的性能表征方法  25-26
    2.3.3 结果与讨论  26-32
      2.3.3.1 差热-热重分析  26-27
      2.3.3.2 X射线衍射分析  27-30
      2.3.3.3 扫描电镜分析  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章纳米Al_2O_3的制备及性能表征  33-39
  3.1 实验试剂与仪器  33-34
  3.2 实验步骤  34-35
  3.3 纳米Al_2O_3粉体的性能表征  35
  3.4 结果与讨论  35-38
    3.4.1 差热-热重分析  35-36
    3.4.2 X射线衍射分析  36-37
    3.4.3 扫描电镜分析  37-38
  3.5 本章小结  38-39
第4章纳米ZAO复合粉体的制备及表征  39-51
  4.1 马弗炉高温煅烧制备纳米ZAO复合粉体  39-42
    4.1.1 实验试剂及仪器  39-40
    4.1.2 实验步骤  40
    4.1.3 复合粉体性能表征  40
    4.1.4 结果与讨论  40-42
      4.1.4.1 X射线衍射分析  40-42
      4.1.4.2 扫描电镜分析  42
  4.2 高温能量球磨法制备纳米ZAO复合粉体  42-49
    4.2.1 高温能量球磨法  42-43
    4.2.2 机械合金化方法  43-46
      4.2.2.1 机械合金化的应用  43-44
      4.2.2.2 机械力合金化反应的过程  44
      4.2.2.3 机械力合金化反应的原理  44-46
      4.2.2.4 机械力合金化反应与单纯的固相化学反应的对比  46
    4.2.3 实验步骤  46
    4.2.4 复合粉体性能表征  46
    4.2.5 结果与讨论  46-49
      4.2.5.1 X射线衍射分析  46-48
      4.2.5.2 扫描电镜分析  48-49
  4.3 两种纳米ZAO复合粉体制备方法的比较  49-50
  4.4 本章小结  50-51
第5章 ZAO靶材的制备及性能表征  51-60
  5.1 靶材的烧结过程及机理  51-53
    5.1.1 烧结的基本类型  51
    5.1.2 烧结过程  51
    5.1.3 烧结推动力  51-52
    5.1.4 烧结机理  52
      5.1.4.1 颗粒的黏附作用  52
      5.1.4.2 物质的传递  52
    5.1.5 烧结过程中的动力学关系  52-53
  5.2 直流四探针法简介  53-54
  5.3 实验仪器  54
  5.4 实验步骤  54-55
  5.5 结果与讨论  55-59
    5.5.1 ZAO靶材电阻率的测定  55-56
    5.5.2 ZAO靶材致密度的测定  56-58
    5.5.3 X射线衍射分析  58-59
  5.6 本章小结  59-60
第6章结论  60-62
参考文献  62-66
致谢  66

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