ZnO纳米材料的制备及其微波介电性能的研究

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ZnO是新一代宽禁带、直接带隙的多功能Ⅱ-Ⅵ族半导体材料。ZnO纳米材料在光电器件、表面声波和压电材料、场发射器件、传感器、紫外激光器、太阳电池等方面均具有广泛的应用前景。而掺Al氧化锌与目前普遍应用的导电粉体相比,不但具有良好的导电性能和光学性能,还具有原料易得、成本低廉的优点,随着科学技术的进一步发展,掺铝氧化锌在光、电、磁、敏感方面将会有越来越广泛的应用,将普遍应用于人们的生活和社会生产。 论文研究了以硝酸锌、硝酸铝和尿素为原料,采用均匀沉淀法制备出纳米氧化锌粉体及Al掺杂量不同的ZAO粉体,分析了反应温度、反应物配比、浓度以及热处理制度对所得氧化锌粉体形貌、粒径和介电性能的影响;同时还分析了Al掺杂量、热处理温度及热处理时间对ZAO产物介电性能的影响。研究结果表明:(1)反应温度较高时,有利于形成粒径较小的ZnO粉体;尿素与Zn2+物质的量比越大,过饱和度越大,越有利于形成粒径小的沉淀;反应物浓度的降低对纳米ZnO的粒径几乎无影响,但粒子间的团聚状态有所改善;经600℃热处理后的ZnO粉体粒径较小,分布更为均匀,晶体颗粒结晶性能好。(2)ZnO粉体的复介电常数会随着反应温度的降低而降低;随硝酸锌与尿素配比的减小而增大;经热处理后的粉体复介电常数实部、虚部有所提高,这主要是由于温度较高时,粉体颗粒粒径小且均匀,粉体表面晶格缺陷较多。(3)在ZnO制备过程中添加Al元素对粉体颗粒形貌有很大影响,随着Al元素掺杂量的增加,ZAO微粒接近准球形,颗粒粒径也变小;同时随着热处理温度的升高及时间的延长,粉体颗粒粒径增大,分布逐渐均匀且形状变规则,这与ZnO实验条件下形核、长大及Al3+的掺杂有关。(4)随着Al元素掺杂量的增加,ZAO粉体与石蜡复合体的复介电常数的实部和虚部逐步增大,但是当掺入到一定程度时,趋向于饱和,复介电常数将不再增大。(5)随热处理温度升高以及热处理时间的延长,ZAO粉体介电常数的实部ε′、虚部ε″和介电损耗角正切tgδ均减小,这与热处理温度和时间对粉体晶格缺陷的影响有关。
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