含納米金屬顆粒復(fù)合玻璃材料的形貌及電學特性的研究.pdf

1、納米科學技術(shù)的誕生與發(fā)展,為材料科學領(lǐng)域開創(chuàng)了一個新時代,為新型復(fù)合材料(如摻入金屬納米顆粒的玻璃材料)的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。由于納米金屬顆粒具有諸多獨特的物理化學性質(zhì),將具有某些特定性質(zhì)的納米金屬顆粒與其他類型材料相復(fù)合有可能產(chǎn)生出新的功能并得到更新型的材料,在玻璃中摻入金屬納米顆粒就是一種非常有益的嘗試,文獻表明玻璃中摻雜金屬納米顆粒所形成的復(fù)合玻璃材料在光電子學和納米電子學領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景[1-2]。由于摻有金、銀等貴金屬的玻璃

2、材料具有較高的三階非線性極化率,利用該性質(zhì)可以制備出光存儲、光傳輸和全光開關(guān)等器件,此外還可以利用該類材料的電荷輸運性能在納米單電子晶體管的研發(fā)、特性研究等相關(guān)領(lǐng)域開展工作[3-5]。顯而易見,摻入進基質(zhì)(或固體或基底材料)的納米金屬種類、金屬顆粒的大小、形貌、尺寸以及價態(tài)等將直接影響到復(fù)合材料的特性,因此對摻入基底材料中的金屬的納米顆粒的形貌、結(jié)構(gòu)特性、物理特性、化學性質(zhì)的研究具有重要的意義。
　　 由于溶膠凝膠法(Sol-g

3、el法)具有可以較容易地實現(xiàn)多種成分的組合、工藝過程溫度低、樣品組織均勻、純度較高、反應(yīng)過程易于控制、易于定量摻雜、可以有效地控制樣品的成分及微觀機構(gòu)等優(yōu)點,使得近年來運用該種方法制備具有特定性能的復(fù)合材料成為研究熱點之一。
　　 本論文研究工作主要是利用溶膠凝膠法制備摻雜金屬離子的復(fù)合玻璃材料,選擇摻雜的金屬有金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、鈉(Na)六種金屬離子,利用X射線衍射(XRD)、掃描電子

4、顯微鏡(SEM)對摻入金屬的玻璃樣品的形貌特征進行了分析,結(jié)合紅外吸收光譜(IR),對樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)(化學鍵等)進行了分析；對比分析了摻入金屬顆粒樣品的紫外光譜,用四探針探測法測量-分析了含不同離子的復(fù)合玻璃樣品的電阻率和介電常數(shù)。研究結(jié)果表明:(1)樣品經(jīng)過熱處理后,摻有金屬離子的復(fù)合玻璃樣品的顏色有所變化,變化最明顯的是摻有銀離子的玻璃樣品,由無色變成透明的橙黃色:(2)X射線衍射結(jié)果表明摻銀玻璃樣品中的銀離子被還原成單質(zhì)銀,而摻入玻

5、璃中的Cu2+、Fe3+、Mg2+、Na+其他金屬,由于不容易被還原,在玻璃中生成了氧化物顆粒,其氧化物分別為CuO／Cu2O、Fe2O3、MgO、Na2O；(3)紅外光譜曲線表明樣品中含有甲基、羥基等基團:存在Si-O-Si鍵和-Si-OH鍵,說明離子的摻入對玻璃SiO2的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)并不產(chǎn)生影響；(4)摻有金屬離子的玻璃樣品的電阻率較未摻雜玻璃的電阻率有所降低。摻入不同金屬離子的玻璃樣品的電阻率不同,摻有Ag+的玻璃的電阻率最低,摻