基于单液滴反应特性的喷雾自蔓延合成ITO纳米粉体研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rommer006
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随着计算机科学技术的发展,通讯与电子设备的需求呈井喷式增长,其产业链上游即为半导体材料的研发与制备。氧化铟锡,被广泛用于手机屏幕等电子设备,具有低电阻率、高可见光透射率的特点。集众所长,笔者所在课题组在负责人祝渊老师的带领下开发了喷雾自蔓延法制备纳米粉体技术工艺。本文以氧化铟锡材料体系为例,探索制备技术路线及优选配方,制备几何形貌良好、粒径分布均匀、晶格质量优良的颗粒。本文选用尿素和葡萄糖作为燃烧剂、硝酸铵作为助燃剂,基于理论计算量及配比展开实验,结合多种表征手段,探索使用不同燃烧剂合成情况。考虑单一燃烧剂的不足,使用复合燃烧剂进行实验,设计对照实验探究复合燃烧剂剂量、燃烧剂比例和助燃剂比例对合成粉体的影响,最后得到优选配方。使用优选配方经喷雾自蔓延制备的氧化铟锡纳米粉体,呈立方晶状,最小粒径可达10 nm左右,粒径分布均匀,为纯相合金态,粉体质量较好。进一步地,为了解决喷雾自蔓延可能出现合成反应不充分的问题,探索自放热型液滴反应特性,故使用微小液滴系统进行微自蔓延合成研究,探索单液滴反应实验特性及实验参数的影响。本课题搭建了单液滴实验系统,开发了基于杠杆原理的微小液滴质量测量方法,结合红外热成像仪实现了对液滴燃烧过程温度和质量的同步测量。燃烧特性实验表明,液滴在180℃左右被引燃后,温度急剧升高,同时质量迅速下降,温度突变与质量突变几近重合。此后,液滴在极短时间内完成膨胀燃烧,燃烧最高温度可达650℃。结合温度质量变化曲线及反应焓变,体现了液滴自蔓延三级放热反应变化历程,印证了前驱体反应物配比的重要性。对液滴蒸发段,计算液滴直径变化,拟合得到液滴蒸发常数。进一步地,探究单液滴初始浓度、初始体积、加热气氛温度对燃烧实验特性的影响,以此给出喷雾自蔓延合成技术的优化原则。最后,本文对液滴反应机理的研究做展望,为后续工作提出建议。
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