氧化锌溶胶制备及其光学性质毕业论文
2022-03-31 20:45:57
论文总字数：15343字
摘 要
本论文主要以二水合醋酸锌、无水乙醇以及氢氧化锂作为反应原材料，通过溶胶-凝胶法合成无色透明具备稳定荧光性能的ZnO溶胶。运用电子扫描显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、紫外可见光吸收光谱(UV-Vis)和荧光光谱(PL)等方法对ZnO溶胶及其量子点进行结构和光学特性的表征。考察了前驱液浓度、Zn2 /OH-摩尔比、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)以及陈化温度对ZnO溶胶及量子点光学特性的影响，并比较了不同浓度ZnO溶胶对亚甲基蓝的降解性能差异。结果表明：前驱体浓度为0.1M，Zn2 /OH-摩尔比为1:1.4时制得透明稳定且具备优良光学性能的ZnO溶胶；添加PVP能够有效地避免ZnO粒子增大；较高的陈化温度会促使ZnO颗粒增大。
关键词： 溶胶-凝胶 氧化锌 量子点 光学性能
Preparation and optical properties of ZnO sol
Abstract
This paper based on zinc acetate dehydrate, absolute ethyl alcohol and lithium hydroxide as raw materials by sol-gel synthetic method for preparation of colorless and transparent ZnO sol, which possess stable flurescence properties. Their structure and optical performance have been confirmed by SEM, XRD, TG, UV-Vis and PL spectrum. And the article mainly focused on the effects of concentration of precursor solution, the molar ratio of Zn2 with OH-, PVP and aging temperature on the ZnO sol and quantum dots. We also compared the superiority of different concentrations ZnO sol by degrading the methylene blue. The results indicated that we synthesized transparent ZnO sol possessed stable flurescence properties while concentration of precursor solution was 0.1M and molar ratio of Zn2 /OH- was 1:1.4; It had an effect on particles aggregation by adding PVP; The size of quantum dots was increased by improving aging temperature.
Key Words: Sol-gel ; ZnO ; quantum dots ; optical performance
目 录
摘要 I
Abstract II
第一章 前言 1
1.1 ZnO晶体结构 1
1.2 ZnO溶胶性质 2
1.2.1光学性质 2
1.2.2电学性质 3
1.3 ZnO溶胶的制备 3
1.3.1无机盐沉淀法 3
1.3.2有机醇盐水解法 3
1.4 ZnO溶胶的应用 4
1.4.1紫外线屏蔽剂 4
1.4.2光催化剂与杀菌剂 5
1.5本论文的研究内容和意义 5
第二章 实验部分 6
2.1实验主要试剂及仪器 6
2.1.1实验试剂 6
2.1.2实验仪器及测试设备 6
2.2实验过程 7
2.3表征方法 7
第三章 结果与讨论 9
3.1 ZnO溶胶前驱体热重分析 9
3.2 ZnO量子点的XRD及SEM分析 9
3.3前驱体浓度对ZnO溶胶的影响 10
3.4不同Zn2 /OH-摩尔比对ZnO溶胶的影响 12
3.5 PVP对ZnO溶胶的影响 14
3.6陈化温度对ZnO溶胶的影响 15
3.7光降解 17
第四章 结论 18
参考文献出 19
致谢 21
第一章 前言
1.1 ZnO晶体结构
ZnO是由元素周期表中的第二副族(IIB)过渡金属Zn元素及第六主族(VIA)的O元素合成的II-VI直接带隙n-型半导体化合物。通常具有立方闪锌矿结构、四方岩盐矿结构和六方纤锌矿结构。其中六方纤锌矿结构为稳定相，该结构中Zn原子按六方最密堆积排列[1, 2]。每个Zn原子会和四个O原子按四面体排布，晶格常数a=3.249，c=5.206。在室温下的ZnO禁带宽度为3.37eV，并且他的激子束缚能高达60meV[3]。
图1-1 ZnO晶体纤锌矿结构示意图
表1-1 ZnO的结构参数
晶体结构 | 纤锌矿结构 |
禁带宽度/eV | 3.37 |
密度/(g·cm-3) | 5.605 |
熔点/℃ | 1975 |
本征载流子浓度/cm-3 | 1.7×1017 |
迁移率/(cm2·V-1·s-1) | 205 |
电阻率/(Ω·cm) | 1012 |
热导率/(W·cm-1·K-1) | 1.16±0.08(Zn面) 1.10±0.09(O面) |
热膨胀系数/K-1 | 2.9×10-6 |
1.2 ZnO溶胶性质
溶胶通常是指直径为1-100nm的分散相粒子分散在介质中的一种分散体系，并且分散相粒子与分散介质之间有明显物理分界面。具有着分散相纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，将会产生量子限域效应、量子尺寸效应、表面效应与宏观量子隧道效应。溶胶里的ZnO量子点相比块状材料表现出许多特殊的性质如非迁移性、荧光性、压电性、光降解性、吸收和散射紫外线等性质，在制造气体传感器、真空荧光显示器、紫外线屏蔽材料、变阻器、荧光材料、介电材料和高效催化剂等领域得到广泛应用[3-5]。
1.2.1光学性质
对于ZnO的荧光性质，它的荧光光谱具有两个典型的发射峰：在紫外光区340-380nm处的紫外发射峰和可见光区500-600nm处的发射峰[6]。紫外光区的发光可以归结为光生电子直接回到价代与光生空穴进行复合，然而可见区发光原理存在争议，可能有两种方式[7, 8]：
请支付后下载全文，论文总字数：15343字
