您的位置: turnitin查重官网> 工程 >> 材料工程 >掺杂有序大孔镧掺杂纳米二氧化钛薄膜制备与其光电特性

掺杂有序大孔镧掺杂纳米二氧化钛薄膜制备与其光电特性

收藏本文 2024-04-18 点赞:30476 浏览:135216 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:本论文首先采取无皂乳液聚合的策略合成了聚丙烯酸甲酯(PMMA)微球,利用正交设计优化实验案例,获得了制备单分散PMMA微球的最优案例:单体浓度1.75mol/L,引发剂浓度2.06mmol/L,反应温度75℃,反应时间10h。平均粒径为473.9nm的PMMA模板剂的最佳组装条件为:浸渍时间4min,提拉速度30mm/min。通过正交设计优化实验案例,获得了制备TiO_2前驱体溶胶的最佳案例:nTi(OH9)4:nC2H5OH:nH2O:nCH3COOH=1:20:2:0.9。以平均粒径473.9nm的PMMA样品为模板剂,制备了掺镧0.5%(摩尔比)的有序大孔TiO_2薄膜,最佳热处理工艺为:以2°C/min的升温速率加热样品,升温至500℃,保温两小时。采取场发射扫描电镜对样品的形貌进行表征,发现镧的掺杂可获得更加有序的大孔薄膜。采取X O_2衍射仪(XRD)对样品的晶相以及晶粒尺寸进行浅析计算,结果表明镧的掺杂抑制了锐钛矿相的TiO_2向金红石相的转变,同时细化了晶粒。通过对粉末样品的比表面积进行测试,发现掺镧后样品的比表面积显著增大,与粉末样品相比,薄膜样品的比表面积进一步增大,比表面积增大说明样品的粒径减小,与XRD的浅析结果相互验证;通过对样品的差热-失重(TG-DSC)浅析获得对样品的热处理工艺条件。结合表面光伏(SPV)技术、激光拉曼光谱以及紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)对样品的电子跃迁行为、晶格振动方式进行表征,实验发现掺镧后可获得较强的表面光伏响应以及较宽的光伏响应范围。利用Materials studio软件的CASTEP模块计算了TiO_2锐钛矿相(101)表面的能带结构、偏态密度以及光学特性,同时计算了掺镧锐钛矿(101)面吸附水和乙醇分子的能带结构、偏态密度以及光学特性。结果表明,掺镧之后锐钛矿(101)面的带隙变窄,吸收峰发生了蓝移,吸收系数有显著的提升。不同的吸附物质对掺镧锐钛矿(101)面的能带结构和光学性能有显著的影响。关键词:纳米TiO_2论文镧掺杂论文PMMA模板论文有序大孔薄膜论文计算机模拟论文

    摘要5-7

    Abstract7-15

    第1章 绪论15-26

    1.1 探讨背景15-16

    1.2 光子晶体16-18

    1.2.1 光子晶体的制备策略16-18

    1.2.2 光子晶体的运用18

    1.3 TiO_2的改性18-20

    1.3.1 TiO_2介绍18-19

    1.3.2 TiO_2的改性策略19-20

    1.4 TiO_2多孔薄膜的制备策略及运用20-22

    1.4.1 制备策略21-22

    1.4.2 TiO_2的运用22

    1.5 计算机模拟在材料科学中的运用22-23

    1.5.1 计算机模拟技术的优势22-23

    1.5.2 第一性原理对 TiO_2的探讨进展23

    1.6 选题作用与探讨内容23-26

    第2章 实验设备与原理26-33

    2.1 多功能作用光谱仪26-30

    2.1.1 多功能作用光谱仪的组成26-27

    2.1.2 表面光电压的测量27-29

    2.1.3 表面光电压的论述29-30

    2.2 紫外可见吸收光谱30-31

    2.3 红外光谱31-32

    2.4 激光拉曼光谱32-33

    第3章 PMMA 微球的合成和模板的组装33-43

    3.1 实验部分33-36

    3.1.1 实验试剂及设备33-34

    3.1.2 聚丙烯酸甲酯乳液的合成34-35

    3.1.3 胶体模板的组装35-36

    3.2 结果浅析36-42

    3.2.1 PMMA 微球的红外光谱浅析36-37

    3.2.2 最佳实验案例的确定37-40

    3.3.3 PMMA 模板的形貌和分散性讨论40-41

    3.2.4 PMMA 的 TG-DSC 浅析41-42

    3.3 本章小结42-43

    第4章 掺镧二氧化钛溶胶及大孔薄膜的制备43-59

    4.1 实验部分43-46

    4.1.1 实验试剂及设备43-44

    4.1.2 实验案例的优化设计44-46

    4.2 样品的测试与表征46

    4.3 纯二氧化钛及掺镧二氧化钛样品的表征46-53

    4.3.1 前驱体溶胶最佳案例的确定46-48

    4.3.2 镧掺杂对纳米晶 TiO_2晶体类型的影响48-49

    4.3.3 镧掺杂对纳米晶 TiO_2比表面积的影响49-50

    4.3.4 镧掺杂对纳米晶 TiO_2拉曼光谱的影响50-51

    4.3.5 镧掺杂对有序大孔 TiO_2薄膜 UV-VIS 特性的影响51

    4.3.6 镧掺杂对纳米晶 TiO_2表面光伏特性的影响51-53

    4.4 有序大孔 TiO_2薄膜的表征53-58

    4.4.1 镧掺杂对有序大孔 TiO_2微观形貌的影响53

    4.4.2 前驱体溶胶的浓度对有序大孔 TiO_2薄膜形貌的影响53-54

    4.4.3 升温速率对有序大孔 TiO_2薄膜形貌的影响54-55

    4.4.4 有序大孔 TiO_2薄膜的 XRD 浅析55-56

    4.4.5 比表面积(BET)浅析56-57

    4.4.6 PMMA 和掺镧 TiO_2混合物的 TG-DSC 浅析57

    4.4.7 有序大孔 TiO_2薄膜的表面光电压谱浅析57-58

    4.5 本章小结58-59

    第5章 锐钛矿表面结构模拟与性能计算59-72

    5.1 锐钛矿(101)表面结构模拟59-63

    5.1.1 模型建立59-61

    5.1.2 锐钛矿(101)面的能带结构和态密度浅析61-62

    5.1.3 锐钛矿(101)面的光学性能浅析62-63

    5.2 掺镧锐钛矿(101)面吸附水及乙醇分子的探讨63-69

    5.2.1 模型的建立63

    5.2.2 吸附水分子的模拟计算63-66

    5.2.3 吸附乙醇分子的模拟计算66-69

    5.3 掺镧锐钛矿论述计算与实验结果比较69-71

    5.3.1 掺镧锐钛矿吸附水分子的计算结果与实验结果比较70

    5.3.2 掺镧锐钛矿吸附乙醇分子的计算结果与实验结果比较70-71

    5.4 本章小结71-72

    结论72-73

copyright 2003-2024 Copyright©2020 Powered by 网络信息技术有限公司 备案号: 粤2017400971号