水热法制备低维氧化锆晶体及其生长机理研究

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1、山东人学坝f‘学位论文摘要低维氧化锆晶体在光电子元器件、催化刺、传感器、电池、功能复合材料等领域有着广泛的应用。制备性能优良的一维、零维氧化锆晶体已成为目前的科研热点。虽然人们对水热法制备氧化锆晶体有了一定的研究，但是对影响氧化钻晶体生长因素的研究并不完善。且对其不同维度晶体生长机理的研究也需要进一步加深。因此对水热法制备～维、零维氧化锆晶体的影响因素及其生长机理进行进一步的研究和探讨是有必要的。主要研究内容如下：第一、利用水热方法。优化了制备性能优良的短棒状氧化锆晶体的反应条件：温度250℃、时间4

2、8小时、矿化剂浓度10M。并对影响一维氧化锆晶体生长的温度、反应时间、矿化剂浓度、掺杂、前驱体、溶剂等因素进行了分析探讨。研究发现，当矿化剂浓度和时间保持不变，温度150℃时，晶体为球状颗粒，而当200"C以上时为短棒状晶体，且随温度增高，长度变化不大，而长径比逐渐增大；当矿化剂浓度和温度保持不变，反应时间低于48小时，棒晶长度随反应时间延长而增大，但时间继续延长，晶体则逐渐由棒状生长成片状：当温度和时问均保持不变，随碱性矿化剂浓度的增加。棒状氧化锆晶体长度增大，长径比逐渐减小。此外，相对于未掺杂其它

3、物质的情况，掺杂适量聚乙二醇(PEG)，氧化锆晶体部分拉长且长径比增加。掺杂Ti02条件下得到了长径比达37：I的均匀细长的棒状氧化锆晶体。分析认为，Ti02基元在水热条件下吸附到氧化锆晶体表面，改变了氧化锆生长基元的叠合速率和择优生长取向。不同pH条件下共沉淀法制备的前驱体凝胶的构型是不同的，这将对水热条件下晶体生长产生影响，pH---'9．5所得前驱体由于四方相含量较高，粒径小，有利于一维晶体的生长。以Zr州03)4与NaOH反应产物做水热反应前驱体，主要是通过N03"离子的吸附影响晶体生长。而当

4、水热反应中溶剂为醇水混合溶液时，制备得到的棒状晶体长径比增加。长度有所降低，主要是羟基的吸附改变了晶体的生长习性，同时CH3—CHr一链的缠绕构成了微型反应室。在不同条件下，制备得到了少量的氧化锆纳米管、纳米线和纳米带。推测其形成原因是氧化锆前驱体凝胶的网状结构起了类似模板的作用。第二、利用负离子配位多面体模型较好地解释和分析了氧化锆四方相、立方V山东人学碗1．学位论文相、单斜相的生长机理。指出水热条件下晶体生长主要以单斜相生长方式为主，且目前实验结果也证实晶体的实际生长与单斜相氧化锆晶体的理论生长习

5、性吻合得很好。分别用Ostwaldripening生长机制和基元组合理论解释了氧化锆晶体各向异性生长的原因。不同水热条件下，存在着不同形式的生长基元，在碱性条件下羟基脱水能加速基元的叠合。第三、采用共沉淀法、水热法、溶剂热法分别制备了纳米球形氧化锆晶体，其中水热法所制备的氧化锆晶粒直径lOnm左右，发育最为完整，晶粒尺寸分布均匀，分散效果最好。研究发现球形氧化铭晶体的生长受到反应温度和矿化剂浓度的共同作用；乙醇的羟基一方面吸附在晶面上抑制品粒生长，一方面由于羟基脱水或分子链螯合破坏分散效果。此外，根据

6、成核速率公式，指出控制反应温度可以调控成核速度，从而控制水热产物的晶粒度。求得了晶体形核临界粒子数f’=(2fly／3△∥)’，并且可以通，过改变过饱和度△Ⅳ来改变临界形核粒子数。球形晶体的生长符合Ostwaldripening生长机制。根掘水热条件下的三种结晶机制，结合实验提出在反应的初始阶段四方相占主要成分，原位结晶机制占优势。随着反应的进行，晶体的长大，单斜相将成为溶质的主要成分，从而溶解一结晶机制占主导地位。关键词：氧化锆、水热、一维、零维、生长机制Vl山东人学顾十学位论文ABSTRACTLo

7、w-dimensionalzirconiacrysmlhasbeenwidelyusedinmanyfieldssuchasoptical·electronicscomponent,catalyzer，sensors，cells，functionalcomposites．Therefore，thepreparationofone·dimensionandzero-dimensionzirconiacrysmlbecomesahotareaofresearch．Atpresent,althoughcer

8、tainworkhasbeencarriedonthepreparationbyhydrothermalmethod，studiesontheinfluencefactorsarenotcomprehensiveandthegrowthmechanismsofzirconiacrystalwithdifferentdimensionsstillneedtobeinvestigatedf-t础．eLTosolvetheseaboveproblems，iti