掺锡氧化铟纳米纤维膜复合光纤的制备与性能研究

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透光导电掺锡氧化铟(In2O3:Sn4+,简称ITO)薄膜与石英光纤的结合,可赋予光纤导电/透明/导光功能,从而可应用在传感器等相关领域。本文通过静电纺丝技术和高温煅烧在石英光纤表面制备ITO纳米纤维膜。利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等手段对石英光纤表面沉积的ITO纳米纤维膜进行了形貌和结构表征;利用数字万用表、紫外-可见分光光度计和亮度计分别评价了ITO纳米纤维膜的导电性能、透光性能和导光性能。详细研究了制备工艺条件对ITO纳米纤维膜复合光纤结构及性能的影响,以期制备出光电性能优良的ITO纳米纤维膜复合光纤。实验中,在石英光纤表面制备ITO薄膜存在一定的难度。本论文通过使用硅烷偶联剂(KH-550)对石英光纤表面进行处理,然后利用自制的光纤旋转收集装置,通过静电纺丝技术和高温煅烧(800℃),成功获得ITO纳米纤维膜复合光纤。随后研究了不同旋转速度对ITO纳米纤维膜形貌的影响,结果表明,当旋转速度为1000r/min时,所得到的ITO薄膜质量最好。通过静电纺丝技术制备纳米纤维膜,观察不同煅烧温度下石英光纤表面ITO纳米纤维膜形貌、结构、电阻率、可见光透过率及石英光纤导光性能的变化趋势。结果表明当煅烧温度为800℃时,ITO纳米纤维膜复合光纤具有最佳结构和性能。薄膜厚度会影响电纺薄膜复合光纤的结构和性能,通过控制纺丝时间来获得不同厚度的ITO纳米纤维膜复合光纤。分析厚度对ITO纳米纤维膜形貌、结构、电阻率、可见光透过率以及石英光纤导光性能的影响。结果显示,随薄膜厚度的增加,电阻率逐渐减小,薄膜透光率和石英光纤的端发光亮度减小。当纺丝时间为2h时,薄膜电阻率最小,薄膜可见光透光率在85%以上,且具有良好的导光性能。论文对制备的ITO纳米纤维膜复合光纤的性能变化趋势做了深入的探讨,获得静电纺ITO纳米纤维膜与光纤复合的最佳工艺,为今后石英光纤表面负载ITO纳米纤维膜的制备和应用提供了实验和理论根据。
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