纳米ZAO复合粉体的制备及其性能测试

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纳米ZnO是一种多功能的无机材料,具有一系列优异的电、磁、光、力学等性能,广泛应用于涂料、橡胶、陶瓷、光催化等许多重要的领域。其中掺铝的氧化锌(ZAO),以其优良的光学、电学性质,成为目前市场上使用的ITO(铟锡氧化物)的最佳替代品,也成为纳米材料领域研究的一个热点。本论文在总结了国内外制备纳米材料文献资料的基础上,确定制备纳米ZAO复合粉体的方法。分别采用溶胶.凝胶法和共沉淀法制备纳米ZAO复合粉体。 以Zn(Ac)<,2>·2H<,2>O和Al(NO<,3>)<,3>·9H<,2>O为原料,加入适量的聚乙二醇-1500 做表面活性剂。制备ZnO/Al<,2>O<,3>复合粉体。研究了Al<,2>O<,3>掺杂浓度、锌离子浓度、反应温度、pH值、反应时间和烧结温度等对粉体平均粒径的影响,并进行正交实验设计,得到最佳实验方案。用激光粒度分析(LPA)、能谱分析(EDAX)、热重.差热分析(TG-DTA)和X射线衍射分析(XRD)对粉体的性能进行了表征。锌离子浓度、反应温度、Al<,2>O<,3>掺杂浓度、pH值和烧结温度等对粉体平均粒径的影响较大,在最佳条件下,制得的ZAO复合粉体粒径分布均匀、平均粒径约为22nm。 以Zn(NO<,3>)<,2>·6H<,2>O和Al(NO<,3>)<,3>·9H<,2>O为原料,稀氨水做共沉淀剂,制备出ZnO/Al<,2>O<,3>复合粉体。通过设计正交实验,确定了pn值;烧结温度;添加剂的百分含量;锌离子浓度;氧化铝的百分含量五个影响因素对复合粉体平均粒径的影响顺序和最佳工艺条件。用激光粒度分析(LPA)、能谱分析(EDAX)、热重.差热分析(TG-DTA)和X射线衍射分析(XRD)对粉体的性能进行了表征。在最佳工艺条件下合成出平均粒径为28nm,均匀分散的纳米ZAO复合粉体。 两种方法均制成了六方纤锌矿结构的纳米ZAO复合粉体。由X射线衍射可知铝的加入并没有生成并新的化合物,而是Al<3+>取代了Zn<2+>的位置,形成固熔体。 用直流四探针法测试了ZAO复合材料的电学性能,讨论了Al的掺杂量、煅烧温度对ZAO的电学性能影响。发现当Al的掺杂量为3%、煅烧温度为1200℃时,ZAO靶材的导电性最好,电阻率为:2.4×10<-4>Ω·cm。
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