溶胶凝胶法制备纳米铟锡氧化物文档格式.docx

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关键词：

纳米结构；

铟锡氧化物；

溶胶凝胶法合成

Sythesisofindiumtinoxidenanostructurebysol-gelandtheinflunencefactors

ABSTRACT

Nano-technologyandnano-materialshasbeengraduallyrecognizedduetotheirscientificandapplicationprospects.IndiumTinOxide（ITO）,animportantelectronicmaterialsininformationindustry,haspotentialapplicationsinLCDscreen,solarcells,energy-savingconstructionandotherrelativefields.Therefore,itisveryinterestingtoresearchonindiumtinoxide.

Sol-geltechnologyisasimplyandcommonlymethodforsynthesizingnanomaterials.Thesyntheiszedproductsowngooduniformity,lowerburningtemperature,solid-statetemperature,highpurity,andsoon..Therefore,sol-gelischosenasachiefsyntheticmethodinourexperiments.

Inthisexperiment,nanostructuredindiumtinoxideweresynthesizedsuccessfullyviasol-gelprocessusingIn（NO3）3·

4.5H2OandSnCl4·

5H2Oastheprecursor,acetylacetoneasthechelatingagent.Theas-obtainedproductswereinvestigatedbyX-raydiffractometer（XRD）,fieldemissionscanningelectronmicroscopy（FE-SEM）,transmissionelectronmicroscopy（TEM）andultraviolet-visiblelightabsorption（UV-Vis）.Theresultsshowthatthealltheproductshavestrongabsorptiontothelightof200-400nm.

Inthisthesis,themorphologiesandopticalpropertiesoftheindiumtinoxidewerestudiedbychangingthemol-ratioofIn3+andSn4+inthecomparativeexperiments.

Keywords:

nanostructures;

IndiumTinOxide（ITO）;

Sol-gelprocess

目录

1文献综述1

前言1

1.1纳米材料1

1.1.1纳米材料的性质1

1.1.1.1表面效应1

1.1.1.2小尺寸效应1

1.1.1.3量子尺寸效应1

1.1.1.4宏观量子隧道效应1

1.1.2纳米材料的结构2

1.1.3纳米材料的研究对象2

1.2纳米材料的制备方法2

1.2.1物理法2

1.2.1.1蒸发冷凝法3

1.2.1.2新型电解法3

1.2.1.3等离子法3

1.2.2化学法3

1.2.2.1化学气相法3

1.2.2.2化学沉淀法4

1.2.2.3水热合成法4

1.3溶胶凝胶法4

1.3.1溶胶凝胶法的基本原理4

1.3.2溶胶凝胶法的基本过程4

1.3.3溶胶转变成凝胶的具体方法5

1.3.4溶胶凝胶法的优点5

1.4铟锡氧化物5

1.5选择课题的目的及意义6

2溶胶凝胶法合成纳米铟锡氧化物7

引言7

2.1实验仪器与试剂7

2.1.1实验仪器7

2.1.2实验试剂7

2.2溶胶凝胶法合成铟锡氧化物8

2.2.1实验步骤8

2.2.2实验现象8

2.2.3实验反应后处理9

2.3产物的表征9

2.3.1In3+和Sn4+摩尔比为2：

1时产物的表征9

2.3.1.1X射线衍射（XRD）表征9

2.3.2In3+和Sn4+摩尔比为5：

1时产物的表征10

2.3.2.1X射线衍射（XRD）表征10

2.3.2.2扫描电子显微镜（SEM）表征10

2.3.2.3透射电子显微镜（TEM）表征10

2.3.3In3+和Sn4+摩尔比为7：

1时产物的表征12

2.3.3.1X射线衍射（XRD）表征12

2.3.3.2扫描电子显微镜（SEM）表征12

2.3.3.3透射电子显微镜（TEM）表征13

2.3.4In3+和Sn4+摩尔比为10：

1时产物的表征13

2.3.4.1X射线衍射（XRD）表征13

2.3.4.2扫描电子显微镜（SEM）表征14

2.3.4.3透射电子显微镜（TEM）表征15

2.4产物光学性能的分析15

2.5本章小结16

3实验结论17

参考文献:

18

致谢20

1文献综述

前言

纳米科学与技术被认为是21世纪的三大科技之一。

纳米科学技术是80年代末诞生并蓬勃发展的一种高新技术，它的内容是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操纵和安排原子、分子而创造新物质，它的出现标志着人类的科学技术已经进入了一个新的时代——纳米科技时代[1-2]。

1.1纳米材料

1.1.1纳米材料的性质

组成相长度尺寸在100纳米（nm）以下的材料称为纳米材料，其特性由所组成的微粒的尺寸、相组成和界面这三个方面的相互作用来决定。

由于这种材料的尺度处于原子簇和宏观物体的交界区域，故而具有诸多的性质和效应，在新材料的领域有着重要应用。

1.1.1.1表面效应：

表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减少而大幅度的增加，离子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质的变化。

表面效应是纳米材料的重要特点。

1.1.1.2小尺寸效应：

小尺寸效应是指物质的颗粒减小至纳米尺度（小于100nm）时，引起物质的宏观物理、化学性质上的变化。

从而，使得在力学、热学、磁学及光学等方面显示出优异性质。

1.1.1.3量子尺寸效应：

量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级，纳米半导体微粒中存在不连续的最高占据分子轨道和最低未被占据轨道，能隙变宽，以及由此导致的不同于宏观物体的光、电等特性。

1.1.1.4宏观量子隧道效应：

电子在一定条件下能像火车穿越隧道那样穿越势垒，把电子贯穿势垒参与导电的过程称为隧道效应。

因为电子具有粒子性又具有波动性，即具有波粒二象性，所以具有量子隧道效应。

以上几种效应体现了纳米材料的基本特征，除此之外，纳米材料还具有一些其他特性，例如：

纳米材料的介电限域效应、表面缺陷、量子隧穿等，这些特性使纳米材料表现出许多奇特的物理、化学性质[2]。

1.1.2纳米材料的结构

以纳米尺度为基准，按照空间维数将纳米材料可分为零维、一维、二维和三维四种类型：

①零维，是指三维尺度上都处于纳米量级的材料，这就是纳米粒子（粉体）；

②一维，是指两维尺度均处在纳米量级，如纳米丝、纳米棒、纳米带、纳米管；

③二维，三维空间中有一维处在纳米尺度，例如，纳米膜；

④三维是指纳米粒子的结构组成的块体材料。

低维结构的纳米材料各有其独特的性质和用途，尤其显示了纳米材料非凡的价值，同时是构成高维纳米材料的基本单元，能够影响或决定所构成材料的根本性能。

根据目前研究情况，纳米材料按结构形态可分为纳米粒子、纳米固体材料和纳米流体材料[3-4]。

1.1.3纳米材料的研究对象

一般，物质材料在常温下，其物理、化学性质发生显著变化时，颗粒尺寸大小多是处于100nm以下，所以，通常将纳米材料的粒子和晶体结构的尺度规定为1～100nm。

从几何角度来分，纳米材料的研究对象主要包括以下几个方面：

横向结构尺寸小于100nm的物体；

粗糙度小于100nm的表面；

纳米微粒与多孔介质的组装体系；

纳米微粒与常规材料的复合等[5]。

1.2纳米材料的制备方法

自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功制得铁纳米颗粒以来，纳米材料的制备性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。

当前，纳米材料的制备已经成为纳米材料领域派生出来的含有丰富的科学内涵的一个重要的分支学科。

纳米材料的制备方法有很多，主要分为物理法和化学法。

1.2.1物理法

物理法是指制备过程在不经化学反应的条件下，通过蒸发、冷凝（或骤冷）、搅拌、球磨、热塑变形等制备纳米粒子的方法。

物理法主要有蒸发冷凝法、新型电解法、等离子体法以及高能球磨法等。

1.2.1.1蒸发冷凝法

蒸发冷凝法也称物理气相沉积法（PhysicsVaperDeposition,简称PVD法），是采用真空蒸发，激光、电弧高频感应、电子束照射等方式，使原材料气化或形成等离子体，然后在介质中骤冷而使之凝结而形成超微颗粒。

蒸发冷凝法具有制备产物纯度高、结晶组织好、粒度可控等优点，但对技术设备的要求较高。

根据采用加热源可分为真空蒸发冷凝法，等离子体法，电子束照射法等。

1.2.1.2新型电解法

此法是由张正义等人以超细Cu粉为例发明制备纳米金属粉末的一种工艺技术。

特点是将制粉过程和粒子表面包覆一次完成，从而得到纯度高、粒度均匀、高弥散、抗氧化的表面包覆超细金属及合金粉末。

该法制备简单、成本低、易于工程放大并实现工业化生产。

1.2.1.3等离子法

等离子体法是以等离子态作为材料制备能源而得到纳米微粒的方法。

其机理是：

等离子体中存在大量的高活性物质微粒，这样的微粒与反应物微粒迅速交换能量，使反应向正方向进行。

等离子体制取纳米微粒的方法有以下四种：

①直流电弧等离子体法，②直流等离子体射流发，