基于激光烧蚀技术的氧化锌粉体材料的制备与物性研究

来源 :济南大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:silencegrrr
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金属氧化物半导体是由金属与氧形成的化合物半导体材料,其结构多为离子晶体。由于氧化物半导体具有禁带宽度大、透光率高、载流子迁移率高等特点而具有广泛的应用,其材料制备、性质和应用一直是国内外的研究热点。激光液相烧蚀是一种可用于颗粒材料制备的新方法,可在材料表面产生极端非平衡条件,如超高温、超高压等,从而诱导产生具有特殊结构和性质的微纳米材料。本文利用激光液相烧蚀技术,研究了不同实验参数对几种典型氧化物半导体颗粒形貌、微结构及光学性质的影响,探究了不同颗粒的形成机制,并初步探索了氧化物微球作为润滑油添加剂的摩擦学性能。具体研究内容和结果如下:1.采用激光液相烧蚀技术,研究了不同液相介质和靶材对所制备ZnO纳米颗粒微结构和光学性质的影响。在SDS溶液中制备的ZnO纳米颗粒为规则的球形,而在水中制备的颗粒则主要为棒状或片状,特别地,以金属Zn为靶材在SDS溶液中制备的颗粒为球形Zn/ZnO核/壳结构。结合微结构与光学性质分析表明,以ZnO陶瓷片为靶材制备的纳米颗粒的本征紫外发光性质优于以纯金属Zn片为靶材制备的纳米颗粒,ZnO颗粒中的绿光(~520nm)和紫光(~420nm)发光峰分别与不同ZnO颗粒中的氧空位和填隙锌缺陷相关。2.利用“激光诱导颗粒再成型”机制,实现了对三种典型氧化物(ZnO、TiO2和CuO)亚微米颗粒形貌和光学性质操纵。以粉体颗粒为靶材,当激光辐照到形貌无规则的粉体颗粒表面时,颗粒因吸收激光的能量,其表面开始融化;在表面能最小原理作用下,进而在液相介质中快速形成球形颗粒;该球形化过程使得颗粒表面积减小,从而释放了其表面能,达到热力学更稳定状态。ZnO微球的荧光初步研究表明,经过球形化的颗粒缺陷发光明显减弱,说明其表面晶体质量明显改善。3.研究了氧化物微球作为润滑油添加剂的摩擦学性能。利用“激光诱导颗粒再成型”方法制备的氧化物微球可均匀、稳定的分散在商品润滑油中,并且可以显著降低摩擦系数。在最优添加浓度下,摩擦系数降幅超过50%。氧化物微球的减磨机理主要是由于球形颗粒的“分子轴承”效应和表面修复效应共同作用的结果。此外,通过微纳颗粒的复合技术,改善了ZnO微球的抗磨性能,获得了具有减磨抗磨性能的微纳复合颗粒。
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