纳米金刚石场发射阴极制备及性能研究

为了提高阴极场发射的均匀性与稳定性,探索了一种电泳沉积纳米金刚石场发射的阴极工艺.在这个工艺中,研制了特定比例的纳米金刚石电泳液,在抛光的金属钛衬底上通过电泳沉积了纳米金刚石场发射阴极.用扫描电子显微镜和拉曼光谱观察了涂层的形貌和结构,并测试了制备的涂层阴极的场发射特性.实验结果表明,在钛片上沉积的金刚石涂层薄而均匀.采用电泳方法制备场发射阴极具有简单易行,成本低廉以及可大面积制作等优势,可在平板显示器中得到广泛应用.     

氧化锌纳米棒的制备及其光电性能的研究

以硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O和六次甲基四胺(HMT)为原料,通过水热法制备出氧化锌纳米棒,研究了反应时间和冷却时间对产物形貌和尺寸的影响.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)、紫外-可见光谱、红外光谱(FT-IR)表征产物的结构和性能.结果表明,反应时间为6 h和急速冷却至室温条件下合成样品为六方纤锌矿氧化锌纳米棒,平均直径为300 nm;样品具有良好的结晶质量和发光性能,样品在200～400nm有较强的紫外吸收性能;FT-IR图谱表明产物在430 cm-1左右出现了Zn-O特征吸收峰,并有所红移;样品的开启场强为2.2 V/μm,场增强因子为2550,当场强为4.75 V/μm时,电流密度可以达到0.7 mA/cm2,是一种性能优良的冷阴极电子发射源.     

In/Mg掺杂ZnO纳米锥电子结构及场发射性能

以第一性原理计算方法为基础,研究了不同构型的ZnO-NC(氧化锌纳米锥),得到了五种稳定的几何结构,电子结构分析表明Zn-Zn(4P)的场发射性能最优.在此基础上,进一步研究了In/Mg掺杂Zn-Zn(4P)体系的场发射性能,结果表明:掺杂使结构稳定性增强,相比掺Mg和未掺体系,掺In提高了LDOS(局域态密度)峰值且峰位更靠近EF(费米能级),尖端电子密度增大;根据Mulliken电荷、HOMO(最高占据分子轨道)-LUMO(最低未占据分子轨道)能隙及有效功函数的计算,可知In-In(4P)具有更优异的场发射性能.     

形貌可控纳米ZnO的制备及其光学性能研究

以乙酸锌、氢氧化钠和柠檬酸钠为原料,利用水热法成功地实现了形貌可控纳米氧化锌(ZnO)粉体的制备,系统地研究了柠檬酸钠浓度、生长温度和后处理温度对纳米ZnO的形貌、光致发光和透过率等性能的影响.结果表明:随着柠檬酸钠的增加,纳米ZnO的形貌由短棒状到颗粒状再转变为花瓣状;降低生长温度,纳米ZnO的形貌从颗粒状转变为六方柱状;提高后处理温度,纳米ZnO的团聚方式由包覆式变为环绕式.室温光致发光(PL)谱显示,样品在387 nm左右处具有较强紫光发光峰、538 nm左右处具有较弱的绿光发光带.紫外-可见(UV-Vis)谱表明,在紫外光区,透过率均随波长的减小而降低;在可见光区,纳米ZnO的透过率随形貌由六方柱状构成的包覆式结构经短棒状转变到颗粒状、花瓣状、六方柱状构成的环绕式结构的转化而呈现降低的趋势.     

ZnO纳米锥场发射效应因子计算及其第一性原理研究

建立ZnO-NC(氧化锌纳米锥)数学模型,对静电场中其尖端的电势和电场进行数值计算,得到场发射效应因子表达式为β=H/8πε0·h/d(其中h和d分别为ZnO-NC的高度和尖端直径);在此基础上,采用第一性原理计算方法,进一步研究了不同高度ZnO-NC的场发射性能,结果表明:在ZnO-NC结构稳定的情况下,随着h的增加其尖端场发射效应因子β增大,根据DOS(态密度)、电子密度、Mulliken电荷、能隙及有效功函数的计算,可知h对尖端场发射性能影响显著,通过控制ZnO-NC的高度可有效提高其场发射性能.     

纳米ZnO的形态控制及其发光性能

以醋酸锌为原料,以聚合物和表面活性剂为添加剂,水热法合成了两种新型的纳米ZnO结构.并采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)以及光致发光光谱(PL)等测试方法对所得产物形貌和光学性能进行了研究,并对对两种纳米形态的形成机理进行了初步的探讨.结果表明:所得产物为六角纤锌矿型氧化锌纳米晶,分散性良好,形貌为枣核状,而这种枣核状的粒子是由众多短棒状粒子取向生长而形成的.升高温度,则得到了直径约100 nm,长约2 μm 的两头尖的纳米棒,棒的表面依附生长了针状颗粒.     

旋涂法制备掺杂BiOX薄膜及光催化性能研究

采用旋涂的方法在基底材料表面原位生长BiOX(X=C1、Br、I)薄膜材料.样品的晶体结构和光学性质等通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)进行了表征.结果表明旋涂法制备的BiOX薄膜是纯净的,无其他杂质,均匀性好.通过对BiOX薄膜材料的光催化性能和瞬态表面光电压技术(TPV)进行了研究,发现卤素掺杂的BiOBr0.48I052具有较好的光催化性能.其结果表明催化性能提高的原因可能是BiOBr0.48I0.52薄膜在光照下可以产生更强的光生载流子并具有更长的光生载流子寿命.     

梳子状ZnO纳米棒阵列的制备及表征

采用水热法在HTlc-ZnAlCO3纳米片上对称生长出平行排列的梳子状ZnO纳米棒.利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)对得到的样品进行表征.揭示ZnO纳米棒的可控生长规律,在此基础上对其生长机理进行初步探讨.     

Co、Sn共掺杂ZnO晶体的制备及其磁性

采用6 mol/L KOH作为矿化剂,SnO2、CoCl2和ZnO按物质的量比为0.02∶0.5∶1的比例混合作为前驱物,填充度70;,温度430℃,时间24h,采用水热法制备出Co、Sn元素掺杂的ZnO晶体.Sn元素掺杂明显改变了晶体的极性生长特征,较大面积的显露正极面c｛0001｝面,还显露柱面m{l0l0｝、正锥面p{1011｝、负锥面｛1011｝和负极面｛0001｝以及正锥面{1012｝和负锥面{1012｝,晶体长度约为50 μm.经过EDS测量表征,发现制备的ZnO单晶中Co元素的含量达到10.89at;,生成物中出现少量Co氧化物,SQUID测量表明样品主要表现为顺磁性.     

高浓度Co掺杂ZnO晶体的水热法制备及磁性

采用水热法以CoO、ZnO混合为前驱物制备了ZnO晶体,矿化剂为6 mol/L KOH,填充度70;,温度430℃,两种样品CoO、ZnO组分物质的量百分比分别为0.5∶1和1∶1.当前驱物为nCo∶nZn=0.5∶1时,合成出Zn1-xCoxO晶体,Co元素掺杂量分别为6.83 at;和9.30 at;.当前驱物中nCo∶nZn=1∶1时,Zn1-xCoxO晶体中Co掺杂比例达到9.31 at;,同时伴有Co3O4生成,其中Zn掺杂比例达到14.59 at;,SEM显示,所制备的Zn1-xCoxO具有明显的ZnO晶体特征,形态完整,最大尺度约为50 μm.SQUID测量显示,生成物中Zn1-xCoxO晶体具有顺磁性,Zn1-xCoxO和Co3-xZnxO混合晶体也显示为顺磁性.     

3D型冷阴极结构形态对场发射影响研究

通过在圆铜片上用导电银胶固定圆柱体和长方体形成3D型冷阴极,采用有限元分析软件ANSYS仿真分析了圆柱体和长方体上表面的电场分布,圆柱体直径为12.7 mm,长方体阴极上表面为正方形,边长为12.7 mm.两种阴极高度相同,采用化学气相沉积法(CVD),以酞菁铁(FePc)为催化剂,在圆柱体和长方体上表面合成了碳纳米管薄膜(CNTs),合成的碳纳米管形貌由场发射扫描电镜(FESEM)进行表征,采用二极管结构,以涂有荧光粉的ITO导电玻璃作为阳极,在真空室中真空度为2×10-4 Pa测设了两种3D型冷阴极的场发射特性,结果表明,随着两种阴极场强最大值比值增大,长方体阴极的场发射性能优于圆柱体阴极.     

铁、钴掺杂氧化锌纳米材料及其红外吸波性能研究

以氢氧化钠、氯化锌、氯化铁及氯化钴为原料,采用水热法制备了Fe、Co掺杂的片状氧化锌材料,并采用XRD、SEM、EDS、FT-IR等手段对它们的理化性质进行了表征分析.结果表明,该氧化锌片具有纳米级的空间尺度(其厚度约为10～20 nm).掺杂铁和钴的纳米氧化锌的红外光谱在3500 cm-1和1600 cm-1处的吸收峰发生红移,在430 cm-1与500 cm-1处的峰形和位置出现了明显的宽化现象,同时掺杂钴的材料在670cm-1和1040 cm-1左右处出现了新的吸收峰,表现出良好的红外吸波特性.     

CoS2正极材料制备及电化学性能

以CoCl2·6H2O和CS(NH2)2为水热前驱物,在不同pH值下制备了CoS2粒子,对CoS2的物相组成、微观形貌、热稳定性和正极材料电化学性能进行表征和测试.结果表明,CoS2粒子在酸性和碱性溶液中形核生长机制不同,当pH =5和pH=10时分别获得黄铁矿结构CoS2粒子其形貌为类球形和不规则块状,对应热分解温度为650℃和610℃.在100 mA/cm2放电时,两种形貌CoS2正极材料的电化学性能基本相近;800 mA/cm2放电时,类球形CoS2放电比容量较块状CoS2高9.65;,并具有优于后者的高初始放电电压及低内阻特性.     

两步烧结法制备碳包覆的LiFePO4/C复合正极材料的研究

采用两步烧结法处理原位合成的碳包覆的LiFePO4/C复合正极材料,采用XRD、SEM对材料的结构及表面形貌进行了表征;通过CV、EIS及充放电测试仪进行电化学性能测试.结果表明,两步烧结法制备的材料具有良好的倍率性能及循环性能.0.2C时的首次放电比容量为142.5 mAh/g,循环30次后,放电比容量仍达到126.9 mAh/g;0.5 C时的首次放电比容量为122.9 mAh/g;1 C时的首次放电比容量为106.4 mAh/g;2 C时的首次充放电为81.3 mAh/g.     

一步法制备纳米氧化锌的形成机理

以氯化锌和氢氧化钠为原料,采用直接水解一步法制备了针状和球形纳米氧化锌.借助于XRD、TEM等测试手段,对纳米氧化锌粉体的制备条件和其对粒度、形貌的影响进行了分析研究.利用负离子配位多面体生长基元理论模型,解释了直接水解合成氧化锌纳米晶体的形成机理和生长习性.研究结果表明,一步法直接合成纳米氧化锌的结晶过程遵循溶解-结晶-聚集生长机理模型;ZnO为极性晶体,具有极性生长特性,其成核过程包括均相成核和非均相成核.     

热蒸发法原位生长-维氧化锌纳米材料及其场发射特性研究

利用磁控溅射在ITO电极上沉积氧化锌薄膜,以氧化锌薄膜为种子层,采用热蒸发法合成ZnO一维纳米材料,利用XRD和SEM方法对氧化锌一维纳米材料的微观结构进行分析,测试其场发射性能.结果显示,氧化锌纳米材料为钉子状结构,每个氧化锌纳米钉由几微米大的钉帽和细棒组成,垂直于基底生长.场发射性能研究表明它具有较低的开启场强,高的发射电流和好的稳定性,是一种优良的冷阴极电子发射源.     

氧化锌纳米线场发射第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了不同横截面氧化锌纳米线(ZnONW)的结构稳定性和场致发射特性.结果表明:ZnONW的直径越大,原子弛豫后Zn-O键键长变化越小,体系越稳定;随外加电场增强,长径比较大的纳米线体系态密度(DOS)和分波态密度(PDOS)均向低能方向移动,最高占据分子轨道(HOMO)-最低未占据分子轨道(LUMO)能隙减少,体系电荷移向NW顶端.DOS/PDOS,HOMO/LUMO,能隙及有效功函数分析结果表明,具有较小横截面积的NW-1场发射性能最佳.     

超声辅助脉冲电沉积Ni-TiN复合镀层制备工艺研究

采用超声辅助脉冲电沉积方法在45#钢表面制备NI-TiN复合镀层..利用X射线衍射仪(XRD)对复合镀层的物相组成进行检测分析,并利用原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)对Ni-TiN复合镀层的立体表面形貌及晶粒的分布进行观察分析.结果表明:当超声波功率为300 W时,所制备的Ni-TiN纳米复合镀层衍射峰强度最高,且含有Ni、TiN两相,Ni晶粒得到显著细化,TiN纳米颗粒分布较为均匀,无显著团聚现象发生.     

水热法制备Mn掺杂ZnO及其光催化性能研究

ZnO是一类具有广阔应用前景的光催化材料,但是光生载流子复合率高等问题限制了其进一步应用.本研究使用水热法制备了Mn掺杂ZnO粉体,测试了该粉体的物相组成、孔隙结构、发光性质和光催化性能.结果表明,当Mn替代0.5;Zn时,Mn占据了ZnO晶格中Zn的位置,粉体粒度小、比表面积大,抑制了光生载流子的复合,降低了禁带宽度,拓宽了光的响应范围.在8 W、365 nm紫外光条件下光照70 min后,制备的Mn0.05 Zn0.95 O粉体对刚果红降解率达到了97.4;,COD去除率达到了76.34;;Mn0.05 Zn0.95 O对罗丹明B吸附最好,对亚甲基蓝降解最好;对刚果红连续降解4个循环后,降解率降低了6.6;.该研究成果为光催化降解有机废水提供了技术支撑.