含納米金屬顆粒復(fù)合玻璃材料的形貌及電學(xué)特性的研究.pdf

1、納米科學(xué)技術(shù)的誕生與發(fā)展,為材料科學(xué)領(lǐng)域開創(chuàng)了一個(gè)新時(shí)代,為新型復(fù)合材料(如摻入金屬納米顆粒的玻璃材料)的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。由于納米金屬顆粒具有諸多獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),將具有某些特定性質(zhì)的納米金屬顆粒與其他類型材料相復(fù)合有可能產(chǎn)生出新的功能并得到更新型的材料,在玻璃中摻入金屬納米顆粒就是一種非常有益的嘗試,文獻(xiàn)表明玻璃中摻雜金屬納米顆粒所形成的復(fù)合玻璃材料在光電子學(xué)和納米電子學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景[1-2]。由于摻有金、銀等貴金屬的玻璃

2、材料具有較高的三階非線性極化率,利用該性質(zhì)可以制備出光存儲(chǔ)、光傳輸和全光開關(guān)等器件,此外還可以利用該類材料的電荷輸運(yùn)性能在納米單電子晶體管的研發(fā)、特性研究等相關(guān)領(lǐng)域開展工作[3-5]。顯而易見,摻入進(jìn)基質(zhì)(或固體或基底材料)的納米金屬種類、金屬顆粒的大小、形貌、尺寸以及價(jià)態(tài)等將直接影響到復(fù)合材料的特性,因此對(duì)摻入基底材料中的金屬的納米顆粒的形貌、結(jié)構(gòu)特性、物理特性、化學(xué)性質(zhì)的研究具有重要的意義。
　　 由于溶膠凝膠法(Sol-g

3、el法)具有可以較容易地實(shí)現(xiàn)多種成分的組合、工藝過程溫度低、樣品組織均勻、純度較高、反應(yīng)過程易于控制、易于定量摻雜、可以有效地控制樣品的成分及微觀機(jī)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn),使得近年來運(yùn)用該種方法制備具有特定性能的復(fù)合材料成為研究熱點(diǎn)之一。
　　 本論文研究工作主要是利用溶膠凝膠法制備摻雜金屬離子的復(fù)合玻璃材料,選擇摻雜的金屬有金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、鈉(Na)六種金屬離子,利用X射線衍射(XRD)、掃描電子

4、顯微鏡(SEM)對(duì)摻入金屬的玻璃樣品的形貌特征進(jìn)行了分析,結(jié)合紅外吸收光譜(IR),對(duì)樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)(化學(xué)鍵等)進(jìn)行了分析；對(duì)比分析了摻入金屬顆粒樣品的紫外光譜,用四探針探測(cè)法測(cè)量-分析了含不同離子的復(fù)合玻璃樣品的電阻率和介電常數(shù)。研究結(jié)果表明:(1)樣品經(jīng)過熱處理后,摻有金屬離子的復(fù)合玻璃樣品的顏色有所變化,變化最明顯的是摻有銀離子的玻璃樣品,由無色變成透明的橙黃色:(2)X射線衍射結(jié)果表明摻銀玻璃樣品中的銀離子被還原成單質(zhì)銀,而摻入玻

5、璃中的Cu2+、Fe3+、Mg2+、Na+其他金屬,由于不容易被還原,在玻璃中生成了氧化物顆粒,其氧化物分別為CuO／Cu2O、Fe2O3、MgO、Na2O；(3)紅外光譜曲線表明樣品中含有甲基、羥基等基團(tuán):存在Si-O-Si鍵和-Si-OH鍵,說明離子的摻入對(duì)玻璃SiO2的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并不產(chǎn)生影響；(4)摻有金屬離子的玻璃樣品的電阻率較未摻雜玻璃的電阻率有所降低。摻入不同金屬離子的玻璃樣品的電阻率不同,摻有Ag+的玻璃的電阻率最低,摻