氯負(fù)離子存儲-發(fā)射材料的制備及其性能研究.pdf

1、氯負(fù)離子是一種單價(jià)電荷負(fù)離子，通常由一個(gè)電子與氯原子結(jié)合形成。其在大氣環(huán)境化學(xué)、負(fù)離子質(zhì)譜、材料改性、蝕刻和生物化學(xué)技術(shù)等方面有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值。本論文成功地合成了氯負(fù)離子存儲-發(fā)射材料[Ca24Al28O64]4+·(Cl-)3.80(O2-)0.10(縮寫為C12A7-Cl-)；并研究了該材料的結(jié)構(gòu)特性、負(fù)離子發(fā)射和存儲特性、氯負(fù)離子源的建立方法；詳細(xì)探討了Cl2A7-Cl-材料的負(fù)離子存儲-發(fā)射機(jī)理；并成功地利用溶膠-凝膠自蔓

2、延燃燒法制備了該功能材料。
　　 主要的研究結(jié)果如下：
　　 (1)C12A7-Cl-的合成和結(jié)構(gòu)表征。在流動氬氣氣氛下于1350℃的高溫條件下焙燒CaCO3、γ-Al2O3和CaCl2，然后在700℃和氯氣/氬氣混合氣氛下進(jìn)行退火處理來制得C12A7-Cl-材料。場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)和X射線衍射(XRD)表征證明制得的C12A7-Cl-材料屬于743d空間群，晶格常數(shù)為1.2015±0.0005 nm。平

3、均粒徑大小為50 nm。
　　 (2)Cl-離子發(fā)射特性。利用飛行時(shí)間質(zhì)譜(TOF-MS)測量了C12A7-Cl-材料的發(fā)射特性，包括發(fā)射溫度效應(yīng)，負(fù)離子發(fā)射分支比，引出電場效應(yīng)和負(fù)離子發(fā)射穩(wěn)定性等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，Cl-離子為C12A7-Cl-材料最主要的發(fā)射離子，其發(fā)射強(qiáng)度隨表面溫度或引出電場的上升而增加。
　　 (3)Cl-離子發(fā)射電流。利用飛行時(shí)間質(zhì)譜同步測量得到的各負(fù)離子發(fā)射分支比和測量的C12A7-Cl-材

4、料的發(fā)射總電流密度，計(jì)算出各種負(fù)離子的絕對電流密度。其中，Cl-離子的發(fā)射電流密度可以達(dá)到10μA/cm2量級。并根據(jù)發(fā)射電流密度計(jì)算了各負(fù)離子發(fā)射的表觀活化能：得到的各負(fù)離子的表觀活化能隨著引出電場的上升而下降，且與肖特基公式符合。在樣品背面持續(xù)注入氯氣和電子的情況下，C12A7-Cl-材料可以比較穩(wěn)定地發(fā)射μA/cm2量級的Cl-離子束。
　　 (4)Cl-離子存儲特性。C12A7-Cl-材料的存儲特性是由電子順磁共振(EP

5、R)、離子色譜(IC)和拉曼光譜(RS)等方法來表征的，結(jié)果表明該材料中存儲的負(fù)離子物種主要是Cl-負(fù)離子((2.21±0.24)×1021 cm-3)，此外還有少量的O2-和痕量的O-和O2-。
　　 (5)Cl-離子形成和發(fā)射機(jī)理。C12A7-Cl-材料中的Cl-離子初步形成于高溫焙燒過程中，然后在后續(xù)的退火處理中經(jīng)離子-分子反應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)。在負(fù)離子發(fā)射過程中，C12A7-Cl-材料內(nèi)部的Cl-離子在電場增強(qiáng)的熱擴(kuò)散過程作用

6、下移動到樣品表面，再脫附到氣相中。而伴隨的少量電子和O-離子發(fā)射主要來源于材料籠中負(fù)離子的解離。
　　 (6)用溶膠-凝膠自蔓延燃燒法制備C12A7-Cl-。利用溶膠-凝膠自蔓延燃燒法(SGCS)制備C12A7-Cl-材料，運(yùn)用多種表征手段對材料的結(jié)構(gòu)和存儲性質(zhì)進(jìn)行研究，同時(shí)利用TOF質(zhì)譜對樣品的負(fù)離子發(fā)射情況進(jìn)行了測試。結(jié)果表明該方法可以成功地合成C12A7-Cl-材料。
　　 上述結(jié)果表明，氯負(fù)離子存儲-發(fā)射材料C1