二氧化锡半导体纳米粉体.docx

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电子波函数投有相互作用,,假设相邻阱内电子波函数有较强的相互作用,即相当于在晶格周期场上叠加一个多层构造的超晶格周期场,则被称为超晶格从今,对半导体量子阱和超晶格等半导体微构造的材料和器件的争论成为近20多年来半导体物理学中最重要、“等人对异质结中二维电子气沿平行于界面的输运进展了争论,,—itzing和崔琦等人相继觉察了整数量子霍耳教应和分散量子霍耳效应,使半导体物理的争论取得了重大进展,,除了超晶格、量子阱以外,对一维量子线和量子点体系韵争论也格外引人留意-早在8O年月初,人们觉察禳嵌在硅玻璃中的半导体纳米晶体对于准粒子(电子、空穴、激于等),是由于量子点的构造具有格外显著的量子化效应,它直接影响着量子点的各种物理性质,如电子构造、,,一般是按牛顿定律将电子作为粒子进展处理的,,具有明显的电子的波动行为,,而需用量子力学理论加以争论,。实际上,半导体与导体、绝缘体的区分在不仅在于导电力量的不同,更重要的是半导体具有独特的性能〔特性〕。在纯洁的半导体中适当地掺入肯定种类的极微量的杂质,半导体的导电性能就会成百万倍的增加—-这是半导体最显著、最突出的特性。例如,晶体管就是利用这种特性制成的。当环境温度上升一些时,半导体的导电力量就显著地增加;当环境温度下降一些时,半导体的导电力量就显著地下降。这种特性称为“热敏”,热敏电阻就是利用半导体的这种特性制成的。当有光线照耀在某些半导体时,这些半导体就像导体一样,导电力量很强;当没有光线照耀时,这些半导体就像绝缘体一样不导电,这种特性称为“光敏”。例如,用作自动化掌握用的“光电二极管”、“光电三极管”和光敏电阻等,就是利用半导体的光敏特性制成的。由此可见,温度和光照对晶体管的影响很大。因此,晶体管不能放在高温顺猛烈的光照环境中。在晶体管外表涂上一层黑漆也是为了防止光照对它的影响。最终,明确一个根本概验:所谓半导体材料,是一种晶体构造的材料,故“半导体”又叫“晶体”。4,性质〔1〕热学特性纳米微粒的熔点,烧结温度比常规粉体要低得多。这是由于外表与界面效应引起的。比方:大块的pb的熔点600k,而20nm球形pb微粒熔点降低288k,纳米Ag微粒在低于373k时开头溶化,常规Ag的熔点远高于1173k。还有,纳米TiO2在773k加热消灭明显致密化,而大晶粒样品要消灭同样的致密化需要再升温 873k才能到达,这和烧结温度有很大关系。光学特性宽频带强吸取当尺寸减小到纳米颗粒时,几乎成黑色,对可见光反射率急剧下降。有些纳米颗粒如同氮化硅,SiC及三氧化二铝对红外有一个宽频带强吸取谱。而ZnO、三氧化二铁和二氧化钛纳米颗粒对紫外线有一个宽频带强吸取谱。蓝移和红移和大块材料相比,纳米微粒普遍吸取带存在蓝移,即吸取带移向短波长方向;而在某些条件下粒径减小至纳米级时吸取带向长波方向转移,即红移。化学性质由于外表效应,可以做催化剂,提高反响活力。由此可见,温度和光照对晶体管的影响很大。因此,晶体管不能放在高温顺猛烈的光照环境中。在晶体管外表涂上一层黑漆也是为了防止光照对它的影响。最终,明确一个根本概验:所谓半导体材料,是一种晶体构造的材料,故“半导体”又叫“晶体”。纳米粉体材料的根本性质:〔1〕.小尺寸效应随着颗粒的量变,当纳米颗粒的尺寸与光波、传导电子德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理尺寸特征相当或更小时, 周期边界性条件将被破坏,声、光、电、磁、热、力等特性均会消灭质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化成为小尺寸效应。〔2〕.外表与界面效应纳米微粒尺寸小、外表大、位于外表的原子占相当大的比例。由于纳米粒径的减小,最终会引起外表原子活性增大,从而不但引起纳米粒子外表原子输送和构型的变化,同时也引起外表电子自旋构象和电子能谱的变化。以上的这些性质被称为 “外表与界面效应”。〔3〕.量子尺寸效应当粒子尺寸下降到某一值时,金属费米能级四周的电子能级由准连续变成离散能级的现象成为量子尺寸效应。半导体材料的用途半导体独特的导电特性是导体和绝缘体所没有的,所以半导体在现代技术中有重要的应用。1、利用半导体材料可以制成热敏电阻、光敏电阻、传感器、晶体二极管、晶体三极管等电子元件。利用半导体的热敏特性,可以用半导体材料制成体积很小的热敏电阻,它能将温度变化转化为电信号,测量这种电信号,就可以知道温度变化的状况。这种测量方法反响快,精度高。利用半导体的光敏特性,可以用半导体材料制成体积很小的光敏电阻,它能将光信号转化为电信号。光敏电阻可以起到开关的作用,在需要对光照有灵敏反响的自动掌握设备中有广泛的应用。利用半导体的掺杂特性,再加上特别的制作工艺,人们制成了晶体二极管和晶体三极管。晶体二极管和晶体三极管在电子线路中也有着较为广泛的用途。2、制成集成电路、超大规模集成电路,开拓了微电子技术的时代。将晶体管、电阻、电容等元件及相应的连线同时制作在一块面积很小的半导体晶片上,使这成为具有肯定功能的电路,这就是集成电路。在大规模集成电路中,在面积比小拇指的指甲还小的一块半导体晶片上可以集成上百万个电子元件半导体材料的用途由于纳米粉体材料可以压制成纳米固体。所以纳米粉体是纳米固体的根底。半导体独特的导电特性是导体和绝缘体所没有的,所以半导体在现代技术中有重要的应用。1、利用半导体材料可以制成热敏电阻、光敏电阻、传感器、晶体二极管、晶体三极管等电子元件。利用半导体的热敏特性,可以用半导体材料制成体积很小的热敏电阻,它能将温度变化转化为电信号,测量这种电信号,就可以知道温度变化的状况。这种测量方法反响快,精度高。利用半导体的光敏特性,可以用半导体材料制成体积很小的光敏电阻,它能将光信号转化为电信号。光敏电阻可以起到开关的作用,在需要对光照有灵敏反响的自动掌握设备中有广泛的应用。利用半导体的掺杂特性,再加上特别的制作工艺,人们制成了晶体二极管和晶体三极管。晶体二极管和晶体三极管在电子线路中也有着较为广泛的用途。2,纳米粉体可以做纳米涂层。纳米涂层是运用外表技术,将局部或全部含有纳米粉的材料涂于基体,由于纳米粉体的独特外表性质,从而赐予材料的各种性质。①可以做成外表涂料从而转变物质外表的光学性质,如光学非线性、光吸取、光反射、光传输等。纳米颗粒在灯泡工业上有很好的应用。对于高压钠灯,碘弧灯有69%的电能转化为红外线,只有少量的光能是可见光,并且灯管发热也会削减灯管的寿命,纳米颗粒给其供给了的解决方案,人们利用 SiO2和TiO2的纳米颗粒制成了多层干预薄膜总厚度为微米级衬在灯管的内部不仅透光率好而且又很强的红外线反射力量。可以节约电15%.②纳米红外涂层,也受到很多人的争论,利用二氧化硅和三氧化二铁、三氧化二铝的纳米粉末复合后就可以很强的吸取红外线,可以做成军人的衣服,既可以保暖又可以躲避敌人热频段的探测,并且重量削减30%.③纳米紫外涂层,是利用了纳米颗粒的蓝移现象,可作为半导体紫外线过滤器。还有可以涂在塑料外表可以减缓塑料的老化,甚至可以做成防晒霜保护皮肤。④纳米隐身技术,随着各种探测手段越来越先进,雷达放射电磁波,利用红外探测器可以探测发热体等在以后的军事斗争中,纳米隐身技术就显得很重要了。一方面由于纳米颗粒尺寸远小于红外及其雷达波的波长, 因此纳米颗粒的透射率就比常规的材料要大得多,从而削减了反射率,避开了探测;另一方面,纳米微粒的外表能比常规材料要多得多,这就使纳米微粒对电磁波的吸取很强,使反射回去的电磁波轻度大大减小从而很难被觉察。纳米级的硼化物,碳化物以及纳米碳管在这方面很有进展前途。3,在环境保护方面的应用。矿物能源的短缺,环境污染困扰着人们,纳米材料在环境保护,环境治理和削减污染方面的应用,已经呈现出欣欣向荣的景象。纳米颗粒可以抗菌、防腐、除臭、净化空气、优化环境,便于降解等,此外还可以吸附重金属离子净化水质,吸附细菌,病毒,有毒离子等。4、制成集成电路、超大规模集成电路,开拓了微电子技术的时代。将晶体管、电阻、电容等元件及相应的连线同时制作在一块面积很小的半导体晶片上,使这成为具有肯定功能的电路,这就是集成电路。在大规模集成电路中,在面积比小拇指的指甲还小的一块半导体晶片上可以集成上百万个电子元件。集成电路的制成,开拓了微电子技术的时代。5、半导体的进展前景人胶还用斗导体制成了半导体激光器、半导体太阳电池等,半导体在现代科学技术中发挥着重要作用。纳米氧化锡纳米SnO2的构造纯SnO2属于四方晶系,金红石构造,空间群为D144n[P42/mm]。单位晶胞有6个原子,其中2个Sn原子,4个O原子,。每个Sn原子位于6个O原子组成的近似八面体的中心,而每个O原子也位于3个Sn原子组成的等边三角形的中心,形成6:3的配位构造。晶胞参数分别为a=,c=,c/a=,O2-离子和Sn4+离子半么分别为140pm和72pm。SnO的电子构型为Sn的5S25P22形成导带,O的2S22P4形成价带,每个O的2P轨道接受Sn的两个电子形成稳定的八面体,由于Sn的5S为一宽带,从而形成的SnO为宽带半导2体。纳米SnO2的应用纳米SnO是典型的n型半导体,其Eg=〔300K〕,具有比外表大、活性高、熔点2低、导热性好等特点,在气敏材料、电学方面、催化剂、陶瓷及化装品方面应用比较多。SnO是目前广泛应用的一种半导体气敏材料,一般SnO粉为基体材料制成的烧结型电2 2阻式气敏元件,对多种复原性气体具有很高的灵敏度,但器件的稳定性和全都性等方面还不令人满足。SnO纳米粉体在陶瓷工业中可用作釉料和搪瓷乳浊剂。在电学方面,抗为静电2剂显示出比其它抗静电材料较大的优越性,并且在光电显示器、透亮电极、太阳能电池、液晶显示、催化等方面有很大优点。此外,纳米二氧化锡复合材料也是目前开发的一个热点,在制备SnO材料的过程中,2通过添加少量的掺杂剂,来改善其选择性和降低电阻率,或者SnO作为掺杂材料。利用纳2米SnO粉体的红外反射性能,结合纳米TiO粉体吸取的紫外光的特点,掺杂有TiO的纳米2 2 2SnO粉体,具有抗红外和抗紫外的特点,制出的化装品更能起到保护皮肤的作用。2纳米SnO2的制备原料与方法争论纳米SnO2粉体的制备方法很多,例如:真空蒸发分散法、低温等离子法、水解法、醇盐水解法、化学共沉淀法、溶胶—凝胶法,近期还消灭了微乳液法,水热合成法等。每种制粉方法各有特点,但是在目前技术装备水平和纳米粉体应用市场还未真正形成的条件下,上述纳米粉体制备方法由于技术成熟度或制备本钱等方面的缘由,大多都还未形成具有实际意义上的生产规模,主要还处于供给争论样品阶段。传统方法制备SnO2基烧结型、厚膜型气敏元件时,均要对SnO2粉体先行制备,然后通过制模或丝网印刷等技术进展成型。随着纳米技术的进展,纳米粉体己经取代微米级SnO2粉体;纳米粉体有巨大的比外表积、更多活性中心和气体吸附位置,其外表能级密度的降低会引起纳米颗粒在氧化复原气氛中电阻的显著变化。另外依据晶粒尺寸效应,只要颗粒粒径(d)符合d<2Ld时,材料就可以获得极高的灵敏度,这些优异性质提高了SnO2气敏元件的气敏性能、响应速度和牢靠性,并在肯定程度上降低了功耗,结合其他手段可以实现常温下敏感和工作的目的。1、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法工艺过程包括作为反响产物的氧化物或氢氧化物浓溶胶的制备,以及除去溶剂使其转化为凝胶的缩聚反响过程。该法分为非醇盐法和金属醇盐法,前者是以Sn的无机化合物(如SnCl2,SnCl4等)为前驱体进展水解,后者是先获得Sn的有机醇盐,如Sn(OC2H5)4等,再进展水解。以SnCl4为原料制备了粒子尺寸均匀、平均粒径为2~3nm的四方锡石构造的SnO2粉料;用醇盐水解,以十八烷硬脂酸(STA)作为添加剂合成SnO2,该法不但可以削减团聚,而且制得了孔大小可控的多孔SnO2超细颗粒。此外,利用价态不同的Sn2+和Sn4+卤化物和醇盐混合制备出超细SnO2,从原料使用上供给了的思路。合成过程中参加适当的添加剂,有助于得到良好的产物。金属Sn颗粒溶解在***中,参加柠檬酸作为稳定剂,合成了超细SnO2。争论说明,柠檬酸起到稳定前驱体溶液、减慢水解和浓缩过程的作用。用硅烷偶联剂KH-570外表修饰SnO2,改善了SnO2超微小晶在水中的疏水性和分散性。热处理过程对最终产物的性能影响很大,尤其在高温焙烧时,消灭颗粒长大,导致比表面削减。有人考察了该法制备的超细SnO2在不同热处理条件下晶粒的生长过程,觉察温度较低时(<500℃),晶粒生长活化能较低,晶粒生长缓慢;温度较高时(>500℃),活化能大,晶粒生长快速。分别以SnCl4和SnCl2为原料,利用超临界流体枯燥技术合成了高比外表积的超细SnO2粉体,不过该枯燥技术在操作上不易掌握。比较不同电解质用量和不同枯燥方式对水溶胶枯燥的影响,争论觉察在不同的枯燥过程中SnO2的晶化作用和缩聚作用是相互独立进展的。用溶胶-凝胶法制备了超细SnO2,对SnO2晶体颗粒长大过程进展了动力学争论,认为颗粒长大除了由于边界原子的集中迁移,还由于界面原子Sn-O键长和O-Sn-O键角在热处理过程产生构造松弛引起的。溶胶-凝胶法所需设备简洁,操作易于掌握,但处理时间较长,得到的凝胶不易洗涤;用醇盐水解时,原料为有机物,本钱高,对环境污染也较大。不过作为一种可行的超细材料制备方法是具有极大的潜在前景的。2、水热合成法水热合成法是在一个密闭容器内,利用密闭体系中温度和蒸汽压力产生的高温高压将溶解度低的结晶溶解,再从该溶液中将溶解度低的结晶析出来的一种制备方法。以SnCl4·5H2O为原料合成超细SnO2,产物的形成经受了溶解-结晶过程,先是SnCl4的水解,形成无定形Sn(OH)4,接着Sn(OH)4发生脱水缩合和晶化作用,形成SnO2超微小晶。密闭体系中较高的温度和较大的水蒸气压力有利于破坏前驱体微粒之间的团聚和联结,促进SnCl4的水解和Sn(OH)4的脱水缩合,得到结晶良好、晶粒比较均匀的产物。争论说明,反响温度、介质酸度和反响物浓度等,对产物的形貌、组成和构造以及产物的产率有重要的影响。承受水热合成法,考察不同的反响条件及相关的后处理过程,实现对SnO2超细晶形态的调控,产品TEM表征显示,所制得的SnO2超细晶粒尺寸小且均匀,分散性好,无团聚现象。用溶剂热技术分别在油酸体系和无水乙醇体系中用水热法合成了球形和菱形的SnO2超微小粒,依据外表活性剂球状胶束的形成模型解释了球形SnO2超微小粒的形成机理,同时分析了菱形SnO2超微小粒的形成过程。用金属Sn为原料,分别在不同的酸液中合成SnO2超微小粒。这种方法与用Sn的卤化物为原料的方法相比,优点在于避开了Cl-的污染,但Sn必需是高纯度金属。水热合成反响在高温高压下进展,水热处理后可以有效抑制粉末在枯燥焙烧等热处理中的热增长,制备的粒子粒度均匀,结晶度高,晶态完整,形貌比较规章,具有较高的烧结活性。3、化学沉淀法沉淀法是利用可溶性锡盐在沉淀剂作用下,生成Sn(OH)4沉淀,经过陈化、过滤、洗涤和热处理,得到粒径在几十个纳米的SnO2粒子,常以尿素、氨水和NaOH溶液等作沉淀剂。将固