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纳米氧化锌作为当今应用最为广泛的半导体材料之一,因其拥有一般氧化锌产品所无法比拟的电学、光学、磁学、声学及良好的生物相容性而备受人们的青睐。尤其是掺杂型氧化锌的出现,极大地改善了纳米氧化锌材料的性能。目前,纳米氧化锌及其掺杂型材料已成功地应用于太阳能电池、传感器、变阻器、化学吸收剂、电学光学元件、抗静电涂层、催化剂等诸多领域。纳米氧化锌电学性能的开发和利用一直是其研究的重点,但氧化锌为半导体材料,其本征电导率很低,且其性能严重依赖于形貌、粒径大小及粒径分布。本论文就如何调控纳米氧化锌的形貌、掺杂铝离子时的各种参数、有效提高其高分子复合材料的电导率等开展研究工作,旨在丰富氧化锌纳米材料的制备方法和应用领域,以及开发出具有优良导电性能的纳米氧化锌及其高分子复合材料。本论文的主要内容及创新点如下:
1.利用液相化学法制备了形貌可控的纳米尺度及微米尺度的氧化锌材料,详细研究了其形成机理。主要是利用溶剂热法成功地合成了形貌可控的纳米氧化锌,为研制掺杂型氧化锌纳米材料奠定了基础。与目前相关的工作比较,溶剂热法制备氧化锌纳米棒具有制备时间短、分散性优良等特点,为制备高性能的一维氧化锌纳米材料提供了一条简单的新途径。
2.为了提高氧化锌米晶体的电学性能,通过调控各种参数将三价的铝离子引入反应体系,并成功地制备出了铝掺杂氧化锌纳米晶体。所制备的纳米粒子通过氢气、氮气或者二者的混合气体进行热处理,进一步提高了其电学性能,其中以氢气气氛后处理的效果最为明显。利用此方法制备的铝掺杂氧化锌纳米材料具有结晶度高、均匀掺杂、形貌可控及良好的分散性和重复性,其体积电阻率最低可降至~15Ω·cm,并且具有优良的可见光透过率和紫外线吸收性能。
3.利用絮凝法、乳胶技术等,将所制备的铝掺杂氧化锌导电纳米晶体分散到常用的绝缘高分子材料中,制备导电复合材料。分析了高分子导电复合材料的逾渗行为及机理。该新型复合材料将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与高分子的韧性、可加工性及介电性质完美地结合起来,丰富了浅色导电复合材料种类。
4.利用溶剂热法制备了几种形貌新颖的多孔掺铝氧化锌纳米材料,包括球状和片状结构。期望在未来的工作中继续探索其在科研和商业中的应用。