zno颜料的纳米改性与质子辐照损伤机理的研究

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1、ClassifiedIndex:V250.3U.D.C.:535.312DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONOFNANO-SIO2MODIFIEDZnOPIGMENTANDINVESTIGATIONONTHEOPTICALDEGRADATIONUNDERPROTONIRRADIATIONCandidate：LiangZhiQiangSupervisor：VisProf.LiChunDongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineering

2、Speciality：MaterialScienceAffiliation：SchoolofMaterialScienceandEngineeringDateofDefence：July,2008Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文研究了nano-SiO2对ZnO颜料的改性工艺。综合采用超声波分散法和高能物理分散法将nano-SiO2充分分散于ZnO颜料中，然后进行不同温度、不同保温时间的高温热处理，实现对ZnO颜料的改性。研究了热

3、处理温度、保温时间和nano-SiO2添加量等工艺参数对改性效果的影响。采用XRD、光致发光光谱（PL）和正电子湮没（PAS）等分析测试方法研究质子辐照下纳米改性氧化锌的质子辐照损伤过程和光学性能退化机理，揭示了nano-SiO2对ZnO的改性机理。15-212-2-空间辐照模拟实验采用能量为Ep=90keV，Fp=5´10cm，jp=1´10cms的质子来辐照ZnO纳米改性颜料，研究改性颜料在质子辐照前后的光学性能变化规律，寻找采用nano-SiO2对ZnO改性的最佳工艺。实验证明，在ZnO颜料中添20%的nano-SiO2，充分分散后经900

4、℃至1100℃之间退火制备的纳米改性ZnO颜料具有更好的光学特性以及耐质子辐照性能。X射线衍射分析（XRD）表明，添加纳米二氧化硅的氧化锌颜料经900℃及以上处理后，在ZnO和SiO2界面处生成Zn2SiO4。且Zn2SiO4产额随nano-SiO2添加量的增加、热处理温度升高和热处理时间的延长而增加，当温度到达1100之后，混合颜料中的SiO2与过量的ZnO完全反应。质子辐照后改性颜料的光谱反射率及太阳吸收比的变化规律表明，在颜料中生成适量的Zn2SiO4能有效提高颜料的光学性能及耐质子辐照性能。光致发光光谱分析表明，在热处理和质子辐照过程中产

5、生的大量点缺陷，包括：锌填隙（Zni）、氧填隙（Oi）、锌空位（VZn）、氧空位（Vo）等，使颜料中点缺陷数目增加。这些缺陷处于ZnO和Zn2SiO4的能带中，缺陷能级上束缚的质子辐照过程中离化效应产生的电子，使ZnO中自由电子数降低。缺陷上束缚的电子吸收可见光光子发生跃迁，导致颜料的光学性能的退化。在激发光作用下，导带上电子与缺陷能级和价带、缺陷能级之间以及缺陷能级上电子与价带之间能够形成新的跃迁，在随后的去活化过程中形成新的发光中心。加强了纳米改性ZnO颜料在质子辐照前及辐照后的光致发光强度。正电子湮没谱(PAS)分析表明，在ZnO颜料之中添

6、加nano-SiO2并经900℃~1100℃处理后，Zn2SiO4的生成使颜料中总的点缺陷数量增加，加强了对正电子的吸收，使S参数增大。关键词热控涂层；纳米改性ZnO颜料；光学性能退化；辐照缺陷-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInthispaper,ZnOpigmentsweremodifiedbynano-SiO2powdersusinghigh-energyphysicaldispersionandheat-treadmentprocedures,andtheoptimumprocedurewasfainedobtaine

7、d.TheopticalpropertiesirradiationdamageprocessofthemodifiedZnOpigmentusingcorrespondingtechniquessuchasX-raydiffractionanalysis,photonluminescencespectralandPositionAnnihiationSpectroscopy.Theprodurestudyindicatesthattheprocessofpreparationincludingthreesteps:thefirststepisto

8、homogeneouslydispersenano-SiO2powerinZnOpigments,andthefinallystepis