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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。

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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