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氯氧化铋(BiOCl)是一种良好的光导体材料,它的禁带宽度为3.4ev,具有许多优良特性,比如高的反射系数和大的介电常数,良好的光致发光性能和光催化性能等。同时,氯氧化铋是很重要的化工产品,以其独特的珠光效应和平滑效果,用于配置安全无毒的高档化妆品和珠光颜料。因此,氯氧化铋纳米材料近年来引起了人们的极大研究兴趣。
本文主要研究了电化学沉积法和直接水解沉积法制备氯氧化铋(BiOCl)纳米结构薄膜,通过改变电解液中Bi3+浓度、晾干时间等参数来分析讨论实验参数对氯氧化铋纳米薄膜的微观形貌、晶粒大小及相结构的影响。通过扫描电子显微镜、X射线电子衍射、透射电镜、拉曼光谱、光致发光谱、紫外可见光光谱、X射线光电子能谱等实验检测手段对样品进行了形貌、结构和性能分析测试;对氯氧化铋纳米材料的的生长机理进行了深入具体的研究。上述两种方法制各样品不需要通过模板或者表面活性剂来实现,制备工艺简单,可以在多种基底上直接大面积地生长,这为制造氯氧化铋光电子器件的实现提供了一条新的途径。主要研究结论如下:
电化学沉积法:⑴对于电化学沉积法,晾干时间显著地影响着氯氧化铋的生成、微观形貌和结构。晾干时间为0min时,只有六方相铋生成,没有氯氧化铋衍射峰;晾干时间越长,生成的氯氧化铋片状越多而且片状团聚越厉害。⑵Bi3+浓度的改变对薄膜的微观形貌有较大影响。随着浓度的增大,形貌由分立的片状到少数片状团聚形成月牙状最后到片状团聚形成花朵状。
直接水解沉积法:⑴对于直接水解沉积法,晾干时间显著地影响氯氧化铋的生成,晾干时间为0min时,没有氯氧化铋生成,随着晾干时间的延长,生成的片状的厚度先增大后减小;在XRD分析结果中,除了晾干时间为0min时没有氯氧化铋的衍射峰外,其他晾干时间有很强的氯氧化铋衍射峰。⑵Bi3+浓度的改变对薄膜的微观形貌、尺寸有较大影响:低浓度下,生成的片状约60nm左右,片对基底的覆盖率高达95%;高浓度下,片状的厚度约为200nm,片状出现团聚现象。⑶酸浓度的改变会影响氯氧化铋的生成和形貌,浓度越高,形貌由片状变成混凝土似的膜。
性能测试方面:电化学沉积法和直接水解沉积法制备出的表面分布有氯氧化铋(BiOCl)片状的薄膜显示出良好的光致发光性能,产生紫外-蓝光的发射,它有宽的光致发光范围,可用于光电子器件领域。拉曼光谱主要在紫外和蓝光区发光,随着激光激发功率的增加,峰值发生红移。条纹相机实验发现BiOCl除了在紫外和蓝光区发光外,在绿光区和黄光区也有发光现象。另外,实验发现氯氧化铋具有亲油性和憎水性。
本文对氯氧化铋纳米材料的生长机理进行了深入的研究,从一定程度上了解和揭示了其的生长机理。对氯氧化铋纳米材料的性能研究结果表明,这种表面覆盖有氯氧化铋纳米材料的薄膜有着良好的特性,拥有许多潜在应用。