AZO納米纖維的電紡絲法制備工藝研究
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資料類別
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化工建筑畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) |
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課程(專業(yè))
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材料學(xué) |
關(guān)鍵詞
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納米纖維|靜電紡絲技術(shù) |
適用年級(jí)
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研究生 |
身份要求
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游客 |
金 幣
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0 �。�金幣如何獲得?) |
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caj |
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2015-01-03 10:04:00 |
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發(fā)布人 |
kj008 |
內(nèi)容簡(jiǎn)介:
AZO納米纖維的電紡絲法制備工藝研究,碩士學(xué)位論文,共61頁(yè)。
摘要:氧化鋅(ZnO)是一種直接寬禁帶Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料,摻雜 Al 施主后所獲得的摻鋁氧化鋅(AZO)納米纖維具有優(yōu)良的電學(xué)性能,可應(yīng)用于微機(jī)械、傳感器、透明導(dǎo)電薄膜等方面。本文采用靜電紡絲法結(jié)合溶膠-凝膠法制備 AZO 納米纖維和薄膜。
首先,采用乙酸鋅作為鋅源,硝酸鋁作為摻雜劑,PVP 作為分散劑,乙二醇胺作為穩(wěn)定劑,乙二醇甲醚作為溶劑,將其混合后經(jīng) 60 ℃恒溫磁力攪拌 2 h后制備出透明穩(wěn)定的前驅(qū)體紡絲溶液,再通過(guò)電紡絲技術(shù)制備出具有六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)尺寸均一的 AZO 納米纖維。
然后,通過(guò) ANSYS 模擬電紡絲過(guò)程中電場(chǎng)的分布,結(jié)合不同紡絲參數(shù)對(duì)定向纖維取向性的影響,確定了制備定向纖維的最佳的優(yōu)化參數(shù):接收距離為 160 mm,紡絲電壓為 10 kV,接收裝置寬度為 49 mm。在此工藝條件下實(shí)現(xiàn)了定向纖維的制備,獲得了具有一定圖案化的交織纖維,并對(duì)不同 Al3+摻雜濃度的納米纖維的形貌結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示:隨著 Al3+摻雜濃度的增加,晶粒尺寸不斷減小;電阻率先減小后增大,載流子濃度先增大后減小。當(dāng) Al3+摻雜濃度為 2at%時(shí),其電阻率最小為 5.1×10-3cm,載流子濃度最大為 8.5×10
20cm-3。
最后,采用電紡絲技術(shù)制備了 AZO 納米纖維薄膜和 AZO 納米顆粒薄膜,并對(duì)其表面形貌進(jìn)行了比較分析,研究了一次和多次紡絲與熱處理工藝對(duì)薄膜均勻性的影響。通過(guò)掃描電鏡、原子力顯微鏡、紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)和霍爾效應(yīng)測(cè)試儀對(duì)不同 Al3+摻雜濃度的 AZO 薄膜進(jìn)行了表面形貌和光電性能的表征和分析。結(jié)果表明:采用多次紡絲與熱處理工藝制備的 AZO 薄膜表面形貌平整、結(jié)構(gòu)缺陷少;Al3+作為施主摻雜,隨著摻雜濃度的增加,薄膜的透光率先增大后減小,方阻先減小后增大;當(dāng) Al3+摻雜濃度為 2at%時(shí)薄膜的可見(jiàn)光透過(guò)率最大
達(dá)到 90%,薄膜的方阻最小為 90-1□ 。
關(guān)鍵詞:AZO 納米纖維;靜電紡絲技術(shù);溶膠-凝膠;薄膜;多次紡絲與熱處理工藝
第一章 緒 論
在對(duì)動(dòng)物纖維、植物纖維和礦物纖維的觀察研究后,人們對(duì)納米纖維材料的特性及其應(yīng)用開(kāi)始廣泛關(guān)注。這種材料在三維空間尺寸上有兩維處于納米尺寸,屬于線狀材料,即一維納米材料[1]。納米纖維的最大特點(diǎn)是比表面積大,從而導(dǎo)致其表面能和活性的增大,產(chǎn)生小尺寸效應(yīng)[2]、表面或界面效應(yīng)[3]、量子尺寸效應(yīng)[4]、宏觀量子隧道效應(yīng)[5]等。納米纖維在化學(xué)、物理(熱、光、電磁等)性質(zhì)方面表現(xiàn)出特異性[6]。這些特性使得納米纖維廣泛應(yīng)用在航空、電子、醫(yī)藥、食品、能源、服裝等領(lǐng)域[7],并推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。納米纖維材料可以作為納米科技的基本構(gòu)筑單元,在微型光電器件[8]、傳感器[9]、能源技術(shù)[10]等尖端科技發(fā)揮不可替代的作用。
氧化鋅(ZnO)作為寬禁帶半導(dǎo)體材料,在室溫下的禁帶寬度為 3.37eV,具有優(yōu)良的光電性能;同時(shí) ZnO 具有高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性;摻入 Al 施主后,能有效地提高電導(dǎo)率,改善其電學(xué)性能。摻鋁氧化鋅(AZO)薄膜具有原材料豐富,性能優(yōu)良、無(wú)毒穩(wěn)定和良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn),是替代氧化銦錫(ITO)薄膜的理想材料,在太空領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí),AZO 作為太陽(yáng)能電池的窗口材料[11],也獲得了國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注。
1.1 AZO 納米纖維
AZO 納米纖維是通過(guò) ZnO 納米纖維摻入 Al 元素而獲得的。ZnO 摻雜 Al 之后是 Al3+取代了部分 Zn2+的位置,并沒(méi)有改變其結(jié)構(gòu),仍為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),并沿(002)面擇優(yōu)取向,并且有更佳的光電性能。
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