水热法制备氧化锌及其导电性能的研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供

2、查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要氧化锌导电粉在涂料、塑料、纤维等抗静电复合材料领域具有广泛的应用潜力，近年来成为人们关注的焦点。掺杂氧化锌粉体具有良好的半导体特性，可赋予材料高效的抗静电性能，而且还具有颜色浅、分散性能良好、成本低廉等方面的综合优势。本论文采用水热法制备ZnO纳米材料，并对其进行了Al、Ga、Sn掺杂ZnO研究；并且利用第一性原理对Ga掺杂ZnO进行能带计算，研究其导电机理。掺杂氧化

3、锌的合成以硝酸盐和氢氧化钠为主要原料，利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X光电子能谱(XPS)等测试手段对导电粉体进行表征，探讨导电性能与结构、形貌的关系。研究了掺杂量、水热反应温度、反应时间及超声分散技术等工艺参数对掺杂粉体的导电性能及其他性能的影响。最佳工艺为：Al掺杂量为1.5%，150℃水热6反应3小时；电阻率为2.2×10Ω·cm，平均粒径为42.52nm；Sn掺杂量为2.0%，5150℃水热反应3小时；电阻率为5.24×10Ω·cm，平均粒径为23.28nm；Ga掺6杂量为1.8%，150

4、℃水热反应3小时；电阻率为2.18×10Ω·cm，平均粒径为22.42nm。利用Castep软件计算了理想ZnO的晶体常数，能带结构和态密度，晶体常数与实验值基本吻合；能带及态密度的计算结果表明理想ZnO是一种半导体材料，带隙为1.49eV。计算Ga掺杂ZnO在两种不同情况下的能带机构及态密度，结果显示掺杂后ZnO的电子结构发生改变，费米能级进入导带，成为n型半导体，从而提高了ZnO的导电性能。关键词：导电粉，掺杂氧化锌，水热法，掺杂计算ABSTRACTZnOconductivepowderhasattractedattention

5、fortheiruniquepropertiesandapplicationinplastic,fiberandsoon.Dopingzincoxidepowderhasexcellentsemiconductorcharacterandgivesmaterialefficientantistaticperformance,withadvantagesoflightcolour,gooddispersionperformanceandlowcost,etc.ThesynthesisofZnObyhydrothermalmethodh

6、asbeeninvestigatedinthisarticle.Al,GaandSnionsweredopingintotheZnO.Finally,GadopingofZnOiscalculatedbythefirst-principles,andstudytheconductivemechanism.ThedopedZnOpowderusednitrateandsodiumhydroxideasmainstartingmaterial.X-RayDiffraction(XRD),ScanningElectronMicroscop

7、e(SEM),EnergyDispersiveSpectrometer(EDS)andX-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)wereusedtocharacterizestructureandmorphologyofconductivepowder,discussingtherelationsbetweenconductivepropertyandstructureandmorphology.Theeffectsoftechnologicalparameters,suchasdopingcontent

8、,hydrothermaltemperatureandtime,etc,onconductivepropertyofdopedZnOpowderwereanalysedandtheoptimaltechnologicalparamet