静电纺丝技术制备稀土离子掺杂ZnO纳米纤维与表征

论文摘要

作为宽带隙半导体材料,ZnO具有良好的化学稳定性和热稳定性,其优异的发光特性,透明导电特性近年来得到了广泛重视。最近低维纳米氧化锌材料成为国内外研究的热点之一。本文采用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术成功地制备出PVP/Zn（CH3COO）2和PVP/[Zn（CH3COO）2+RE（NO3）3]（RE=Sm,Eu,Tb,Yb/Er）复合纤维,经过高温焙烧获得了晶态单相的ZnO纳米纤维、ZnO:Sm3+纳米纤维、ZnO:Eu3+纳米纤维、ZnO:Tb3+纳米纤维和ZnO:Yb3+/Er3+纳米纤维。对工艺条件的影响进行了系统地研究,发现PVP浓度、电压、固化距离和无机盐的含量是影响复合纤维特性的主要因素,并得出最佳实验条件:PVP的最佳浓度约为18%,最佳电压为15kV16kV,最佳固化距离为20cm,最佳无机盐含量为8%12%。采用SEM,XRD,TG-DTA,FTIR和荧光光谱分析手段对样品进行了系统地表征。结果表明,经过对复合纤维进行热处理,得到了晶态单相的ZnO,ZnO:Sm3+,ZnO:Eu3+,ZnO:Tb3+和ZnO:Yb3+/Er3+纳米纤维且直径分布均匀。常温下对掺杂RE3+(RE3+=Sm3+,Eu3+,Tb3+)的ZnO复合纳米纤维进行了荧光光谱分析,这三种纤维的荧光光谱谱峰位置与颗粒状材料基本一致。在室温下用980nm波长激光器激发ZnO:Yb3+/Er3+双掺纳米纤维,实现了上转换发光,获得了一些有意义的新结果,为以后进一步研究ZnO发光纳米纤维的性质奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 氧化锌纳米材料
• 1.1.1 氧化锌纳米材料的研究进展
• 1.1.2 氧化锌纳米材料的应用
• 1.2 静电纺丝技术
• 1.2.1 静电纺丝的基本概念
• 1.2.2 静电纺丝技术的原理
• 1.2.3 静电纺丝的基本参数以及对电纺纤维形貌的影响
• 1.2.4 静电纺丝技术的研究进展
• 1.3 论文立题的意义
• 第二章 化学试剂、实验仪器及表征方法
• 2.1 主要化学试剂
• 2.2 实验设备与仪器
• 2.3 表征方法
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.3.2 X 射线衍射（XRD）分析
• 2.3.3 生物显微镜分析
• 2.3.4 差热-热重分析
• 2.3.5 荧光分谱分析
• 2.3.6 红外光谱分析
• 第三章 ZnO 纳米纤维的制备与表征
• 3.1 静电纺丝技术制备一维ZnO 纳米纤维
• 3.1.1 前驱体溶液的配制
• 3COO）₂ 复合纤维的制备'>3.1.2 PVP/Zn（CH₃COO）₂复合纤维的制备
• 3.1.3 复合纤维的热处理
• 3.1.4 实验流程
• 3.2 结果与讨论
• 3COO）₂ 复合纤维制备条件的优化'>3.2.1 PVP/Zn（CH₃COO）₂复合纤维制备条件的优化
• 3.2.2 TG-DTA 分析
• 3.2.3 IR 分析
• 3.2.4 XRD 分析
• 3.2.5 SEM 分析
• 3.2.6 生长机理分析
• 3.3 本章小结
• 3+纳米纤维的制备与表征'>第四章 ZnO:SM³⁺纳米纤维的制备与表征
• 3+纳米纤维的制备'>4.1 ZnO:SM³⁺纳米纤维的制备
• 4.1.1 前驱体溶液的配制
• 3COO）₂+Sm（NO₃）₃]复合纤维的制备'>4.1.2 PVP/[Zn（CH₃COO）₂+Sm（NO₃）₃]复合纤维的制备
• 4.1.3 复合纤维的热处理
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 TG-DTA 分析
• 4.2.2 IR 分析
• 4.2.3 XRD 分析
• 4.2.4 SEM 分析
• 4.2.5 荧光光谱分析
• 4.3 本章小结
• 3+纳米纤维的制备与表征'>第五章 ZnO:EU³⁺纳米纤维的制备与表征
• 3+纳米纤维的制备'>5.1 ZnO:EU³⁺纳米纤维的制备
• 5.1.1 前驱体溶液的配制
• 3COO）₂+EU（NO₃）₃]复合纤维的制备'>5.1.2 PVP/[Zn（CH₃COO）₂+EU（NO₃）₃]复合纤维的制备
• 5.1.3 复合纤维的热处理
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 TG-DTA 分析
• 5.2.2 IR 分析
• 5.2.3 XRD 分析
• 5.2.4 SEM 分析
• 5.2.5 荧光光谱分析
• 5.3 本章小结
• 3+纳米纤维的制备与表征'>第六章 ZnO:TB³⁺纳米纤维的制备与表征
• 3+纳米纤维的制备'>6.1 ZnO:Tb³⁺纳米纤维的制备
• 6.1.1 前驱体溶液的配制
• 3COO）₂+TB（NO₃）₃]复合纤维的制备'>6.1.2 PVP/[Zn（CH₃COO）₂+TB（NO₃）₃]复合纤维的制备
• 6.1.3 复合纤维的热处理
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 TG-DTA 分析
• 6.2.2 IR 分析
• 6.2.3 XRD 分析
• 6.2.4 SEM 分析
• 6.2.5 荧光光谱分析
• 6.3 本章小结
• 3+/ER³⁺纳米纤维的制备与表征'>第七章 ZnO:YB³⁺/ER³⁺纳米纤维的制备与表征
• 3+/ER³⁺纳米纤维的制备'>7.1 ZnO:Yb³⁺/ER³⁺纳米纤维的制备
• 7.1.1 前驱体溶液的配制
• 3COO）₂+YB（NO₃）₃+ER（NO₃）₃]复合纤维的制备'>7.1.2 PVP/[Zn（CH₃COO）₂+YB（NO₃）₃+ER（NO₃）₃]复合纤维的制备
• 7.1.3 复合纤维的热处理
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 TG-DTA 分析
• 7.2.2 IR 分析
• 7.2.3 XRD 分析
• 7.2.4 SEM 分析
• 7.2.5 上转换发光机理研究
• 7.3 本章小结
• 第八章 小结
• 致谢
• 参考文献
• 附录