一維氧化鋅的制備及其吸波性能研究.pdf

1、氧化鋅是一種新型的Ⅱ-Ⅳ族直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體材料，納米氧化鋅具有納米材料和優(yōu)異半導(dǎo)體材料兩方面的獨(dú)特性質(zhì)，在液晶顯示器、太陽能電池、保護(hù)性涂層、氣敏元件和紫外發(fā)光器件等領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用前景。最近幾十年來，關(guān)于ZnO納米材料制備方面的研究取得了巨大的進(jìn)步。零維(0D)納米氧化鋅的合成與制備已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但一維(1D)、準(zhǔn)一維(quasi.1D)及二維(2D)納米氧化鋅及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的制備和研究仍面臨著挑戰(zhàn)。本文選擇ZnO納米體

2、系為研究對(duì)象，側(cè)重于一維(1D)納米ZnO的制備及其電磁性能、吸波性能的研究。
　　 本文分別采用溶液生長法、電場(chǎng)輔助溶液生長法以及靜電紡絲三種簡(jiǎn)單易行的制備方法制備了多針狀、短棒狀、超長棒狀以及纖維網(wǎng)絡(luò)狀的準(zhǔn)一維納米氧化鋅，并研究其電磁性能、吸波性能。利用掃描電子顯微鏡、超景深電子顯微鏡、X射線衍射儀和微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀分別對(duì)其結(jié)構(gòu)、形貌、電磁性能和吸波性性能進(jìn)行了表征，并對(duì)表征結(jié)果進(jìn)行了分析與討論:
　　 采用溶液生

3、長法，研究了使用不同模板劑對(duì)氧化鋅結(jié)構(gòu)與形貌的影響;利用六亞甲基四胺體系合成了多針狀氧化鋅（直徑約為500nm、長徑比為10左右），并探索了不同反應(yīng)時(shí)間、濃度對(duì)多針狀氧化鋅結(jié)構(gòu)與形貌的影響;解釋了多針狀氧化鋅的生長機(jī)理。采用電場(chǎng)輔助法制備得到了超大長徑比的一維氧化鋅棒（直徑為300nm、長徑比達(dá)100），研究了外加電壓大小對(duì)棒狀氧化鋅形貌的影響，解釋了電場(chǎng)輔助下氧化鋅棒的生長機(jī)理。采用靜電紡絲法獲得了纖維網(wǎng)絡(luò)狀氧化鋅（直徑在300nm-

4、500nm，交叉網(wǎng)絡(luò)狀纖維），研究了前驅(qū)液濃度、外加電壓等靜電紡絲參數(shù)對(duì)纖維網(wǎng)絡(luò)形貌的影響。
　　 對(duì)獲得的類球狀、多針狀、短棒狀、超長棒狀以及纖維網(wǎng)絡(luò)狀氧化鋅進(jìn)行了電磁性能與吸波性能分析。其中纖維網(wǎng)絡(luò)狀氧化鋅具有較強(qiáng)的微波衰減特性，以其與石蠟按質(zhì)量比3:1復(fù)合體在10.7GHz微波衰減達(dá)到最大值27.8dB;多針狀氧化鋅石蠟復(fù)合物微波衰減最大值為17dB左右;棒狀氧化鋅的長徑比越大吸波性能稍強(qiáng)，衰減最大值在5dB～10dB之間

5、;類球形氧化鋅石蠟復(fù)合物有較弱的吸波性，衰減最大值在3dB以下。不同形貌氧化鋅的吸波性能存在差異，本文中氧化鋅材料損耗的機(jī)制是介電損耗，來源主要包括中間配位四面體ZnO46-發(fā)生轉(zhuǎn)向極化的弛豫衰減、界面極化衰減以及空間導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)衰減三個(gè)方面。一維氧化鋅（長棒狀、多針狀、纖維網(wǎng)絡(luò)狀）較球形氧化鋅具有更強(qiáng)烈的轉(zhuǎn)向極化衰減、界面電荷極化衰減以及電導(dǎo)損耗。隨著由類球形、短棒狀、長棒狀、多針狀的形貌變化順序，界面的缺陷增大、界面電荷極化效應(yīng)增強(qiáng)