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简论性质基于激光烧蚀技术氧化锌粉体材料制备和物性

收藏本文 2024-01-20 点赞:10523 浏览:37637 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:金属氧化物半导体是由金属与氧形成的化合物半导体材料,其结构多为离子晶体。由于氧化物半导体具有禁带宽度大、透光率高、载流子迁移率高等特点而具有广泛的运用,其材料制备、性质和运用一直是国内外的探讨热点。激光液相烧蚀是一种可用于颗粒材料制备的新策略,可在材料表面产生极端非平衡条件,如超高温、超高压等,以而诱导产生具有特殊结构和性质的微纳米材料。本论文利用激光液相烧蚀技术,探讨了不同实验参数对几种典型氧化物半导体颗粒形貌、微结构及光学性质的影响,探究了不同颗粒的形成机制,并初步探讨了氧化物微球作为润滑油添加剂的摩擦学性能。具体探讨内容和结果如下:1.采取激光液相烧蚀技术,探讨了不同液相介质和靶材对所制备ZnO纳米颗粒微结构和光学性质的影响。在SDS溶液中制备的ZnO纳米颗粒为规则的球形,而在水中制备的颗粒则主要为棒状或片状,特别地,以金属Zn为靶材在SDS溶液中制备的颗粒为球形Zn/ZnO核/壳结构。结合微结构与光学性质浅析表明,以ZnO陶瓷片为靶材制备的纳米颗粒的本征紫外发光性质优于以纯金属Zn片为靶材制备的纳米颗粒,ZnO颗粒中的绿光(~520nm)和紫光(~420nm)发光峰分别与不同ZnO颗粒中的氧空位和填隙锌缺陷相关。2.利用“激光诱导颗粒再成型”机制,实现了对三种典型氧化物(ZnO、TiO2和CuO)亚微米颗粒形貌和光学性质操纵。以粉体颗粒为靶材,当激光辐照到形貌无规则的粉体颗粒表面时,颗粒因吸收激光的能量,其表面开始融化;在表面能最小原理作用下,进而在液相介质中快速形成球形颗粒;该球形化历程使得颗粒表面积减小,以而释放了其表面能,达到热力学更稳定状态。ZnO微球的荧光初步探讨表明,经过球形化的颗粒缺陷发光显著减弱,说明其表面晶体质量显著改善。3.探讨了氧化物微球作为润滑油添加剂的摩擦学性能。利用“激光诱导颗粒再成型”策略制备的氧化物微球可均匀、稳定的分散在商品润滑油中,并且可以显著降低摩擦系数。在最优添加浓度下,摩擦系数降幅超过50%。氧化物微球的减磨机理主要是由于球形颗粒的“分子轴承”效应和表面修复效应共同作用的结果。此外,通过微纳颗粒的复合技术,改善了ZnO微球的抗磨性能,获得了具有减磨抗磨性能的微纳复合颗粒。关键词:激光烧蚀/辐照论文氧化物论文球形颗粒论文光学性质论文摩擦学性质论文

    摘要8-9

    Abstract9-11

    第一章 绪论11-31

    1.1 激光烧蚀技术基本原理11-12

    1.2 激光烧蚀技术的探讨进展12-22

    1.2.1 纳米颗粒的激光气相烧蚀制备技术13-15

    1.2.2 纳米颗粒的激光液相烧蚀制备技术15-22

    1.3 几种金属氧化物半导体材料的基本性质22-25

    1.4 氧化物粉体材料的制备探讨进展25-27

    1.4.1 粉体物理制备策略简述25-26

    1.4.2 粉体化学制备策略简述26-27

    1.4.3 粉体物理化学制备策略简述27

    1.5 该领域所有着的不足27-28

    1.6 本论文探讨的主要内容28-31

    第二章 实验部分31-37

    2.1 实验原料与仪器设备31-32

    2.2 材料制备32-33

    2.2.1 激光液相烧蚀系统32-33

    2.2.2 氧化物微纳米粉体颗粒的激光液相烧蚀制备33

    2.3 表征策略33-37

    2.3.1 物相组成及结晶度表征33-34

    2.3.2 形貌与结构表征34

    2.3.3 光学性质表征34-35

    2.3.4 摩擦学性质表征35-37

    第三章 氧化锌纳米颗粒的激光液相烧蚀制备及其光学性质37-49

    3.1 引言37-38

    3.2 实验38-39

    3.3 结果与讨论39-47

    3.3.1 结构与光学性质表征39-43

    3.3.2 靶材和液相介质对氧化锌纳米颗粒形貌和结构的影响43-44

    3.3.3 氧化锌纳米颗粒微结构与其光学性质的关联44-47

    3.4 结论47-49

    第四章 典型氧化物半导体颗粒形貌和光学性质的激光液相调控49-61

    4.1 引言49

    4.2 实验49-50

    4.3 结果与讨论50-58

    4.3.1 不同激光能量密度和烧蚀时间下氧化锌颗粒的形貌演化规律50-53

    4.3.2 不同激光能量密度下二氧化钛颗粒的形貌演化规律53-54

    4.3.3 激光液相烧蚀下颗粒的形貌演化机制54-57

    4.3.4 氧化锌亚微米颗粒的光学性质57-58

    4.4 结论58-61

    第五章 氧化物微球用作润滑油添加剂的摩擦学性能61-79

    5.1 引言61-62

    5.2 实验62-66

    5.2.1 氧化物微球的制备62

    5.2.2 氧化铝纳米颗粒的制备62-63

    5.2.3 减摩实验(止推圈实验)63-65

    5.2.4 抗磨实验(四球实验)65-66

    5.3 结果与讨论66-78

    5.3.1 激光液相烧蚀前后三种氧化物微球颗粒的形貌比较66-68

    5.3.2 氧化物微球颗粒在润滑油中的分散性68-69

    5.3.3 氧化物微球颗粒作为润滑油添加剂的减摩性能及减摩机制69-73

    5.3.4 氧化锌微球的抗磨性能及其改善73-78

    5.4 结论78-79

    第六章 结论79-83

    6.1 结论79-80

    6.2 展望80-83

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