| 题名 | 二氧化钛纳米材料的制备与结构表征及杀菌性能 |
| 作者 | 尚振岗 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 尚建库 |
| 关键词 | TiO2纳米线 热蒸镀 TiON薄膜 微波晶化 透射电镜表征 杀菌性能 TiO2 nanowire Thermal evaporation TiON film Microwave crystallization TEM characterization bactericidal property. |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | "半导体二氧化钛（TiO2）纳米材料在环境修复、绿色能源和微电子等领域有广泛的应用前景，然而在实际应用中存在诸多限制，如：禁带宽度大、只能吸收紫外光,纳米颗粒粉末易团聚、难回收，更重要的是纳米颗粒之间过多晶界的存在使电子-空穴的传输性能变得很差，大幅降低了材料的光催化或光伏性能。因而，本论文的研究工作集中在以下两方面以改善TiO2的实用性能：单晶TiO2纳米线的制备及结构表征和杀菌性能；高氮掺杂非晶TiO2薄膜的制备及结构表征和杀菌性能。 首先以Au为催化剂，通过调整热蒸镀温度和蒸镀原料的种类，在Ti板上可控地生长出不同形态的TiO2纳米材料。结果表明，这些不同形态的纳米材料都是金红石相TiO2单晶。以Ti及TiO粉为蒸镀源、在850°C得到蠕虫状纳米线，900°C及以上温度得到直线状纳米线；无蒸镀源时、900°C得到纳米片，1000°C和1050°C得到大量的直线状纳米线。在所有的直线状纳米线的产物中，发现极少量的端部呈链球状的纳米线。实验中还发现，固态Au颗粒对TiO2纳米线的生长仍然具备催化作用；另外，Ti基底的固态相变对TiO2产物的形态有重要影响。基于此分析讨论得出高温时纳米线的生长过程遵循经典的气-液-固（VLS）理论；但在低温时纳米线的生长则可用Ti基底的固态原子扩散来解释较为合理。 其次，利用透射电镜对不同形态的TiO2纳米材料进行了详细的结构表征。主要结果如下：不同形态的TiO2纳米线都是单晶，且生长方向都是Rutile[110]。直线状纳米线的横截面呈现六边形结构且暴露面为{110}和{112}。实验中发现一种Au与TiO2纳米线之间的取向关系为：(-111)Au// (010)TiO2，[211] Au //[101] TiO2。分析确定了TiO2纳米片的上下表面为{110}晶面。 然后研究了氮掺杂TiO2（TiON）非晶薄膜在微波场中的晶化行为。与普通热退火相比，微波可以使非晶TiON薄膜在非常短的时间内晶化，并且薄膜的氮含量高、晶化程度好。微波加热温度对TiON薄膜的微观结构影响很大，500°C及以上在20s内即可获得由贯穿整个薄膜厚度的大晶粒组成的TiON薄膜，而在450°C加热120s却只能得到由尺寸为几个纳米的晶粒组成的薄膜。 最后，对比研究了不同TiO2纳米材料的杀菌性能。热蒸镀法制备的各种形态TiO2纳米材料中，其光催化活性由高到低依次为纳米片、蠕虫状纳米线、直纳米线和多晶颗粒膜。多晶颗粒膜的杀菌性能最差，可能是由于其较大的晶粒尺寸（约500nm）而导致催化活性下降造成的；纳米片的杀菌性能最好，分析认为与其{110}暴露面所占比重较大有关。微波晶化TiON薄膜可见光杀菌性能优于同等温度下普通热处理TiON薄膜。由于微波晶化TiON薄膜的含N量高、晶化度好，其可见光杀菌性能优于同等温度下普通热处理的TiON薄膜。" |
| 公开日期 | 2013-04-12 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://210.72.142.130/handle/321006/64423]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 尚振岗. 二氧化钛纳米材料的制备与结构表征及杀菌性能[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2012. |
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