液相沉积法合成二氧化锗类材料的研究

作     者：侯金霞 

作者单位：青岛科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：敬承斌

授予年度：2008年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：二氧化锗 酸诱导液相沉积 纳微尺度粒子 纳米纤维 膜材料 

摘      要：近年来国内外广泛开展了制备GeO类材料的研究,其中包括纳微尺度GeO粒子、纤维和膜材料。本论文使用研究开发的酸诱导液相沉积技术,在较低温度下合成出了纳微尺度GeO粒子、纤维和膜材料,并对各类材料的微观形貌、结构和生长机制进行了研究。 通过研究六方晶型GeO粉末原料与氨水的化学反应,合成出了高浓度、高稳定性的锗酸根离子前驱液。实验发现,锗酸根离子前驱液中GeO的最佳质量含量为5%,酸诱导液相沉积的最佳pH条件为3。在室温下,通过使用不同种类的酸诱导锗酸根离子前驱液沉积生长出了与GeO粉末原料形貌截然不同的纳微尺度六方晶型的GeO粒子材料。用磷酸、盐酸和抗坏血酸(Vc)诱导时分别制得了球形、切角立方体形和规则立方体形粒子。研究表明,酸诱导锗酸根离子液相沉积GeO粒子的过程遵循BFDH和HP晶体生长模型。按照该模型,六方GeO晶核的各个晶面生长速度不同,其必然会由六棱柱两端加两个六棱锥的外形逐渐长成具有规则立方体外形的粒子。由于不同种类酸的酸性不同,导致GeO晶核的生长分别处在不同的阶段,因而具有不同的形貌和尺寸。 以六方晶型的GeO粉末和NaOH水溶液为原料,合成出了稳定的锗酸根离子前驱液。在水热条件下通过硫酸诱导沉积出了纳米纤维材料。实验表明,在温度为15000℃,pH值2,浓度1.5%时能够通过水热沉积出长度为0.55μm,宽度80nmμm的一维纤维材料。所制得的纤维截面呈三角形,具有单晶结构。纤维由锗和氧元素组成,且两种元素摩尔比接近1:2。纤维的熔点在1100℃以上,可能为六方GeO的一种异构体。该纤维的形成与GeO晶面上的原子分布和GeO晶格对压力的敏感性有关,生长过程符合螺型位错生长机制。所合成的纳米纤维和报道的六方晶型GeO纤维都显示强的发蓝光效应,但其发光峰有明显的蓝移现象,这与水热中的高压对GeO晶格的压缩效应有关。 通过硫酸诱导锗酸根离子前驱液,室温下在平面或异形玻璃基体表面上沉积生长出了六方晶型的GeO陶瓷膜材料。实验表明,当酸诱导的pH值在1时都能长出质地均匀,附着力强的陶瓷膜材料。而且,当pH值为4时还能在GeO膜材料中形成大量的纳米孔结构。将该膜负载KNO3催化剂后发现能明显地提高柴油机尾气的氧化效率,因此它是较好的催化剂载体材料。将室温沉积的GeO陶瓷膜在1120℃处理可得到GeO致密膜材料。依据Kramers-Kroning关系对该膜的红外反射光谱研究表明该膜在制备传输CO激光空芯波导方面具有重要应用价值。将制备的GeO陶瓷膜在600℃,H气氛中还原10h,得到六方晶型的多孔金属锗膜材料。用450nm光激发时该膜在54065nm波长范围显示强的发光性质。因此,该类膜材料制备技术在锗基半导体及其发光器件领域极具应用潜力。