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有序孔结构纳米晶TiO_2薄膜的制备及光电特性研究
作 者: 魏赛玲
导 师: 李葵英
学 校: 燕山大学
专 业: 材料学
关键词: 有序大孔薄膜 TiO2纳米晶 PS模板剂 表面光电压谱 表面光声谱
分类号: TB383.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
纳米晶TiO2多孔薄膜作为重要的半导体材料,其光电化学性质研究已得到人们的广泛关注。本课题制备出了有序大孔TiO2薄膜光子晶体,为开发具有良好带隙特性的光子晶体做出了贡献。光子晶体是一类具有优越性质的特殊材料,其中的反蛋白石光子晶体结构由于其多孔的结构具有一般纳米TiO2所不具备的光学特性。本文首先采用无皂乳液聚合方法制备出单分散聚苯乙烯(PS)微球。利用正交试验优化实验条件,得出PS最佳制备方案:单体浓度为1.19 mol/L,引发剂浓度为26.6 mmol/L,聚合时间为10 h,碳酸氢钠质量为0.10 g。其次采用自组装方法制备出PS胶体晶体模板,并以钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸以及去离子水为原料通过溶胶-凝胶法制备前躯体溶胶,采用浸渍-提拉法制备出具备有序大孔结构的纳米晶TiO2薄膜。利用X射线衍射(XRD)对样品进行了成分分析,并计算了晶粒尺寸;采用扫描电子显微镜(SEM)对样品结构和形貌进行分析和表征;利用拉曼光谱(Raman)分析样品的振动模式;利用紫外-可见(UV-VIS)吸收光谱分析样品的光学性能。最后结合表面光伏(SPV)和光声(PA)技术对样品光电特性进行了研究。结果表明:少量残留模板剂对多孔TiO2薄膜有着双重作用的影响。一方面,少量残留模板剂的存在,破坏了多孔TiO2薄膜反蛋白石结构的完整性,使其作为光子晶体在某些应用领域受到制约;另一方面,少量残留模板剂的存在,使得多孔TiO2薄膜的表面光伏特性发生了变化,表现在光伏响应范围的拓宽与强度的增加。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 第1章 绪论 9-24 1.1 课题背景 9-10 1.2 光子晶体 10-12 1.2.1 光子晶体特征 10-11 1.2.2 光子晶体的制备 11-12 1.3 孔材料 12-15 1.3.1 孔材料分类 12-13 1.3.2 有序大孔材料的合成 13-15 1.4 纳米晶Ti0_2 15-17 1.4.1 Ti0_2 晶体结构 15-16 1.4.2 Ti0_2 的能带结构 16-17 1.4.3 纳米晶Ti0_2 的光化学特性 17 1.5 纳米Ti0_2 多孔薄膜的制备方法 17-22 1.5.1 粉末涂敷法 18 1.5.2 溶胶-凝胶法 18-19 1.5.3 电化学沉积法 19-20 1.5.4 水热结晶法 20-21 1.5.5 气相法 21 1.5.6 液相沉积法 21-22 1.5.7 溅射-热解法 22 1.6 选题意义和研究内容 22-24 第2章 实验设备与原理 24-40 2.1 多功能作用光谱仪及表面光电压谱和光声光谱 25-35 2.1.1 多功能作用光谱仪 25 2.1.2 表面光电压谱 25-33 2.1.3 光声光谱 33-35 2.2 自制拉膜机 35-37 2.2.1 自制拉膜机装置 35-36 2.2.2 拉膜机操作过程 36-37 2.3 扫描电镜及其工作原理 37-38 2.4 X 射线衍射及其工作原理 38 2.5 拉曼光谱及其工作原理 38-40 第3章 PS 的制备与胶体晶体模板的组装 40-53 3.1 实验部分 40-44 3.1.1 实验原料及设备 40-41 3.1.2 PS 的合成 41-43 3.1.3 PS 胶晶模板的组装 43-44 3.2 测试与表征 44 3.3 PS 微球分散系数的CV 计算 44 3.4 结果分析 44-51 3.4.1 PS 颗粒表面形貌及分散性 44-45 3.4.2 PS 微球的红外光谱 45-46 3.4.3 最优方案的确定 46-51 3.5 本章小结 51-53 第4章 大孔Ti0_2薄膜的制备及其光电特性 53-70 4.1 实验部分 53-57 4.1.1 实验原料及设备 53-54 4.1.2 实验过程 54-57 4.2 测试与表征 57 4.3 结果分析 57-66 4.3.1 SEM 分析 57-60 4.3.2 XRD 分析 60-61 4.3.3 Raman 分析 61-62 4.3.4 UV-VIS 吸收光谱分析 62-66 4.4 大孔Ti0_2 薄膜的性能 66-69 4.4.1 光学性能 66 4.4.2 光电性能 66-69 4.5 本章小结 69-70 结论 70-71 参考文献 71-78 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 78-79 致谢 79-80 作者简介 80
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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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