無(wú)機(jī)光電功能復(fù)合材料的制備及物性研究.pdf

1、無(wú)機(jī)光電功能復(fù)合材料由于其優(yōu)異的物理性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用前景，一直是材料科學(xué)研究領(lǐng)域的重要研究方向之一。近年來(lái)，隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以有序介孔材料作為基體制備無(wú)機(jī)光電功能復(fù)合材料越來(lái)越得到人們的廣泛關(guān)注。介孔材料通常具有孔道均勻、大的比表面以及表面易官能化等特性，如果將第二相納米粒子組裝進(jìn)去形成介孔復(fù)合材料，就會(huì)得到更加奇特的光、電、磁等物理特性，這使得介孔復(fù)合體材料一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就引起了科學(xué)工作者的極大興趣。介孔復(fù)合材料為新材料的合成和應(yīng)用

2、提供了一個(gè)新的途徑，對(duì)其的研究具有非常大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 AgI是人們最早發(fā)現(xiàn)的固體電解質(zhì)材料，對(duì)AgI離子導(dǎo)電性質(zhì)的研究極大的發(fā)展了固態(tài)離子學(xué)。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)以AgI為基體材料合成出AgI-X型復(fù)合材料后，復(fù)合體系的離子電導(dǎo)率會(huì)得到很大程度的提高。隨著納米制備技術(shù)的不斷改進(jìn)，人們制備出了各種AgI:X型復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)了非常優(yōu)異的離子輸運(yùn)和光學(xué)性質(zhì)。
　　 本文首先以有序介孔SBA-15為基體材料，

3、分別制備出y-Fe2O3/SBA-15介孔復(fù)合體材料和AgI/SBA-15介孔復(fù)合體材料，分析了它們的光學(xué)和磁學(xué)等物理性質(zhì)；然后以AgI為基體材料，重點(diǎn)討論了AgI-KI三元化合物體系及AgI-K2AgI3、AgI-KAg4I5復(fù)合體系，并討論了它們的光學(xué)和離子輸運(yùn)等性質(zhì)。具體的研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)采用兩溶劑法，以介孔材料SBA-15為模板，成功制備出y-Fe2O3/SBA-15納米復(fù)合體材料。XRD及傅立葉變換紅外光譜

4、證實(shí)了孔道內(nèi)部的納米粒子是y-Fe2O3，小角XRD和N2吸附．脫附結(jié)果表明y-Fe2O3/SBA-15介孔復(fù)合體系仍然具有和SBA-15相同的高度有序的二維六方孔道結(jié)構(gòu)。紫外．可見(jiàn)吸收譜圖結(jié)果表明，y-Fe2O3/SBA-15介孔復(fù)合體系的帶隙可以通過(guò)介孔孔道內(nèi)的納米Υ-Fe2O3的復(fù)合量來(lái)進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)，而且隨著孔道內(nèi)部y-Fe2O3含量的增加，吸收邊呈現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象，我們將它歸結(jié)為量子尺寸效應(yīng)。VSM結(jié)果說(shuō)明孔道內(nèi)部的y-Fe2O3納

5、米粒子具有超順磁的特性，而且隨著孔道內(nèi)部y-Fe2O3復(fù)合量的增加，樣品的飽和磁化強(qiáng)度增加，這主要是和孔道內(nèi)Υ-Fe2O3的顆粒尺寸增大有關(guān)。
　　 (2)采用熱擴(kuò)散法，以SBA-15為基體成功制備出AgI/SBA-15介孔復(fù)合體材料。XRD結(jié)果顯示，復(fù)合體系內(nèi)存在于介孔SBA-15孔道內(nèi)的AgI其形態(tài)是納米團(tuán)簇，只有當(dāng)AgI的復(fù)合量較多時(shí)（大于15％），復(fù)合體系中才有AgI納米晶的信息出現(xiàn)。EDS和EPR分析表明復(fù)合體系中還存

6、在Ag團(tuán)簇，它分布在AgI團(tuán)簇的表面，并在激發(fā)譜上表現(xiàn)出激發(fā)能級(jí)。另外，紫外．可見(jiàn)反射譜圖的吸收邊位置出現(xiàn)明顯的藍(lán)移現(xiàn)象，并有一定程度的帶尾態(tài)出現(xiàn)。對(duì)于吸收邊的藍(lán)移，我們認(rèn)為是量子尺寸效應(yīng)造成的；對(duì)于帶尾態(tài)的產(chǎn)生，我們則將其歸結(jié)為AgI界面處存在的不飽和的懸鍵所致。在復(fù)合體系的發(fā)射譜上還發(fā)現(xiàn)了620nm附近的發(fā)光峰，該峰還未曾報(bào)道過(guò)。由激發(fā)譜分析，我們將620nm左右的發(fā)光歸結(jié)為AgI表面Ag團(tuán)簇的激發(fā)態(tài)能級(jí)和AgI團(tuán)簇表面空穴陷阱的缺

7、陷能級(jí)之間的復(fù)合發(fā)光，并給出了發(fā)光機(jī)制的能級(jí)結(jié)構(gòu)圖。
　　 (3)采用固相反應(yīng)法，以AgI為基體成功制備出K2AgI3-AgI復(fù)合體系。XRD結(jié)果表明復(fù)合體系主體為K2AgI3相，并含有微量的AgI。根據(jù)吸收譜3.27eV附近的吸收帶和EPR譜圖的g值，我們確定了復(fù)合體系內(nèi)存在STH缺陷。在光致發(fā)射譜上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)608nm附近的新的強(qiáng)發(fā)射峰，該峰較寬，且具有較大的斯托克斯光譜位移，而且隨著測(cè)量溫度的增加，發(fā)射峰的峰位有一定的藍(lán)移

8、。新的608nm附近發(fā)光峰的發(fā)光機(jī)制，我們將其歸結(jié)為自陷態(tài)激子的躍遷復(fù)合發(fā)光，并給出了發(fā)光過(guò)程的能級(jí)結(jié)構(gòu)圖。
　　 (4)采用固相反應(yīng)法，以AgI為基體成功制備出KAg4I5粉末和KAg4I5-AgI復(fù)相體系材料。XRD結(jié)果顯示，KAg4I5在室溫下不能穩(wěn)定存在，室溫很容易分解為β-AgI和K2AgI3。KAg4I5在室溫下是優(yōu)質(zhì)的固體電解質(zhì)材料，而室溫下β-AgI為非快離子導(dǎo)體，只有在β→α相變溫度以上成為快離子相α-AgI后

9、，其離子電導(dǎo)率才激增為10-1S/cm，表現(xiàn)為快離子導(dǎo)體。KAg4I5-AgI復(fù)合體系的離子電導(dǎo)率與β→α的相變有關(guān)，在相變溫度以下，復(fù)合體系的離子電導(dǎo)率是KAg4I5和β-AgI離子電導(dǎo)率的加權(quán)值；在相交溫度以上，復(fù)合體系的離子電導(dǎo)率則要高于純的KAg415和純的α-AgI，我們認(rèn)為存在于KAg4I5-AgI復(fù)相體系兩相間的相互作用使得相界面位置處的Ag+和空位具有了很高的遷移率。KAg4I5-AgI復(fù)相體系離子電導(dǎo)率的升降溫曲線(xiàn)構(gòu)成