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铌氧化物纳米材料的合成及性质研究

作　者: 张密超
导　师: 胡陈果
学　校: 重庆大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: CHM法铽掺杂氧化铌光致发光铌酸钡湿敏
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

作为一种重要的氧化物材料,氧化铌(Nb2O5)在电子工业、陶瓷材料、光催化、光学玻璃和航空航天工业中得到了广泛应用。近年来,随着新材料和纳米技术的迅速发展,基于纳米级Nb2O5的相关材料在一些功能性陶瓷中的应用也越来越广泛。因此,基于氧化物纳米材料的制备、性质及应用研究己成为一个迫切需要研究的课题。本文研究了Nb2O5:Tb3+和BaNbO3纳米晶的性质及其制备方法。采用了一种低温常压、操作简单、成本低廉、便于工业化推广的制备新方法—复合氢氧化物媒介法(Composite–Hydroxide–Mediated,CHM)。利用该方法对氧化铌进行铽掺杂后,制备了一种新型的晶体材料—鸟巢状Nb2O5:Tb3+微球。通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE–SEM)的表征,发现它为单相且为单斜结构,具有独特的分等级鸟巢形状,平均尺寸为1μm。对Nb2O5:Tb3+的光学性质研究表明,铽的掺杂使得氧化铌的发光更为显著,用535nm的激发波长去激发,发现在613nm处有一个强度很强的发射峰,这表明所合成的Nb2O5:Tb3+样品作为红色荧光粉可在发光系统和光器件方面有重要应用。文章同时探讨了复合氢氧化物媒介法制备纳米级(平均粒径为1–100nm的超细粉末)BaNbO3粉末的最佳工艺条件,研究了反应时间对形成BaNbO3纳米晶粒径的影响,以及基于BaNbO3纳米晶的湿敏性质。通过XRD、FE–SEM、TEM以及UV–Vis的表征,发现其颗粒均匀,形貌规则,尺寸平均为50–200nm,且粒径随着生长时间的延长而减小。利用该纳米颗粒做成的膜电极具有良好的湿敏特性,电极电阻随湿度变化而剧烈变化。伴随着相对湿度从10%增加到80%,电极电阻从932.4 M?变化到2.2 M?,当相对湿度从20%增加到60%时,响应时间和恢复时间分别为12秒和32秒,这个结果表明铌酸钡纳米颗粒在高灵敏的环境监测和湿度控制电子器件领域有着重要的应用。最后,用离子导电模型解释了该湿敏传感器的湿敏机理。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 引言  8-14
    1.1.1 纳米材料特性  8-10
    1.1.2 纳米级材料的制备方法  10-14
  1.2 氧化铌的相关性质及用途  14-16
    1.2.1 氧化铌的性质  14-15
    1.2.2 氧化铌的用途及技术装备  15-16
  1.3 纳米级材料的相关研究方法  16-17
    1.3.1 晶体表征  16
    1.3.2 颗粒度的测量  16-17
    1.3.3 热分析手段  17
  1.4 本文研究内容及创新点  17-18
2 铽掺杂氧化铌复合材料的研究  18-26
  2.1 引言  18
  2.2 铽掺杂氧化铌复合材料的合成及表征  18-22
    2.2.1 实验过程  19-20
    2.2.2 铽掺杂氧化铌复合材料的表征  20-22
  2.3 铽掺杂氧化铌复合材料光学性质研究  22-25
    2.3.1 紫外(UV–Vis)光谱分析  22-23
    2.3.2 荧光光谱分析  23-25
  2.4 本章小结  25-26
3 铌酸钡纳米晶的湿敏性质研究  26-40
  3.1 引言  26-29
    3.1.1 湿度及其表示方法  26-27
    3.1.2 湿度传感器  27-29
  3.2 铌酸钡纳米晶的合成及表征  29-35
    3.2.1 实验过程  30
    3.2.2 铌酸钡纳米晶的表征  30-35
  3.3 铌酸钡纳米晶的湿敏性质研究  35-39
    3.3.1 湿度传感电极的制作及测试平台  35-36
    3.3.2 湿敏电极的敏感特性  36-38
    3.3.3 湿敏电极的机理分析  38-39
  3.4 本章小结  39-40
4 结论与展望  40-42
  4.1 主要结论  40-41
  4.2 后续工作展望  41-42
致谢  42-43
参考文献  43-48
附录  48

铌氧化物纳米材料的合成及性质研究

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