氧化鋅納米材料的制備、表征及微波吸收性能.pdf

1、近年來，隨著科學技術和電子工業(yè)的高速發(fā)展，使得電磁輻射污染成為一個日益嚴重的環(huán)境問題。而納米科技的飛速發(fā)展為解決能源與環(huán)境危機提供了諸多的機遇與廣闊的前景。ZnO納米材料以其在電學、光學、力學、和熱學方面展現(xiàn)出的優(yōu)異特性，從而在激光器、變頻器、生物傳感器、氣敏元件及納米儲能器件等方面具有的應用前景而倍受關注。而由于其低密度、輕質(zhì)量、優(yōu)異的半導體性能以及它能大量制備的特點，同時ZnO成為一種新穎而優(yōu)異的微波吸收材料。本論文以納米材料的制備

2、和應用為背景，以ZnO納米功能材料的制備與表征為重點，報道了不同形貌的ZnO納米材料的制備及其電磁波吸收與防護性能的研究成果。主要研究的內(nèi)容及成果如下： 1、以鋅粉和氧氣為原料，采用金屬熱蒸發(fā)化學氣相沉積方法制備出了不同形貌的ZnO一維納米棒和二維梳子狀結構。測試發(fā)現(xiàn)樣品的形貌、結構可以通過調(diào)節(jié)以下四種因素來控制：反應溫度、原料與模板之間的距離、原料的種類、模板的種類。我們結合試驗結果，利用化學氣相沉積中的結晶成核理論對不同形貌

3、納米結構的生長機理做出了理論上的解釋，闡述了ZnO的晶體極性與其豐富形貌之間的內(nèi)在聯(lián)系。用光致發(fā)光分析研究了這些ZnO納米結構的光學特性。發(fā)現(xiàn)所制備出的ZnO納米結構有較強的綠色發(fā)光帶。 2、通過改進的二步化學氣相沉積方法快速制備了整齊一致的分層次ZnO納米樹狀結構，也就是許多整齊一致的ZnO納米棒生長在初級單晶ZnO納米線的表面。我們制備的次級ZnO納米棒分支相對于初級ZnO納米線來說具有獨特的各向同性均一輻射狀的對稱性，和其

4、他研究小組得到的六角對稱結構不同。我們細致研究了它的形貌及界面細微結構，發(fā)現(xiàn)其二次生長的ZnO納米棒和初級ZnO納米線模板之間并不是晶體取向外延的關系，這一現(xiàn)象是因為在快速生長過程中的很高的升溫速率導致的。我們還提出了這一現(xiàn)象其獨特的結晶成核理論生長的機理，并研究了其在不同生長條件下的光致發(fā)光光譜，解釋了其發(fā)光與生長條件、缺陷之間的關系。分層次全向?qū)ΨQ性的ZnO樹狀納米結構可能在例如場發(fā)射、光伏器件、透明電磁波防護、超級電容器、太陽能電

5、磁等很多方面都有應用的前景，特別是在那些不僅要求高的比表面積而且還要求結構完整性的復合功能性納米器件，如全向激光發(fā)射器、微管清理裝置、樹狀生物傳感器等方面的應用前景十分廣闊。 3、對ZnO一維納米棒、二維納米梳、三維納米樹狀結構與石蠟的復合納米材料進行了微波吸收性能的測試與研究，發(fā)現(xiàn)三種結構都具有吸波特性，而且二維納米梳、三維納米樹狀結構復合吸波材料的性能都及其優(yōu)異。對梳子狀的ZnO納米結構來說，當ZnO梳子狀50％體積比的納米

6、復合層厚度為2.5 mm時，其損耗達到了最大值，在頻率11 GHz附近達到了-12 dB。而對于60％體積比的ZnO納米樹結構復合吸波材料來說，其厚度為4.0mm時衰減最大值在4.2GHz附近達到了驚人的-58 dB。對比ZnO的形貌、結構對其復合材料吸波性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著結構復雜性的增加其吸波性能也顯著增加，在此基礎上提出了復雜結構納米吸波材料的概念。并著重對三維樹狀ZnO納米復合材料不同含量、不同厚度的樣品進行細致地對比研究，得出