离子束辅助沉积A12O3薄膜的微观状态及其物理特性研究

本利用透射电子显微镜、原子力显微镜、X光电子能谱等微观分析手段，系统研究了氧离子束辅助离子束沉积方法制备的Al2O3薄膜的化学成分、微观结构、表面形貌及其随退火温度的变化，并对Al2O3薄膜折射率、显微硬度和膜基结合强度等物理特性及其随沉积温度的变化进行了详细研究。研究发现：用离子束辅助沉积制备的薄膜基本满足Al2O3的标准成分配比；在沉积温度低于500℃制备的Al2O3薄膜以非晶Al2O3相a—Al2O3为主；Al2O3薄膜的表面粗糙度、折射率、显微硬度随沉积温度的增加而增加；当沉积温度高于200℃时，薄膜与基体间的膜基结合强度将随沉积温度的增加而下降。分析表明：薄膜表面形貌与晶体内部的结构相变有关，薄膜的退火相变途径为a—Al2O3800℃→γ-Al2O31000℃→γ-Al2O3 α-Al2O31200℃→α-Al2O3。     

纳米氧化铝有序多孔膜制备工艺研究

为了获得大面积有序孔排列以及不同孔径的氧化铝膜,采用二次阳极氧化法可制备大面积有序铝阳极氧化多孔(AAO)膜,着重研究氧化电压、氧化时间、电解液浓度以及扩孔时间对AAO膜孔径大小、膜层厚度和形貌结构的影响,用X射线粉末衍射(XRD)仪进行物相分析,利用扫描电子显微镜(SEM)表征多孔膜的形貌.结果表明,在700 ℃以下条件下AAO膜以无定形态存在,经800 ℃退火后无定形氧化铝转化为γ-Al2O3,多孔膜随电压和电解液浓度增加而增大,经H3PO4溶液扩孔后可获得较大孔径模板,扩孔时间与孔径变化呈近似线性关系.为满足应用需求的AAO膜的制备提供了依据.     

纳米级氧化铝及掺钡氧化铝的物相转变

采用直接沉淀法后低温煅烧获得纳米级氧化铝,采用蒸发溶剂法直接掺入Ba2+获得掺杂氧化铝,分别高温煅烧后获得煅烧样品,并对样品进行热分析、X射线衍射测试和透射电镜观察。结果表明,纳米级氧化铝及其掺杂Ba2+后随温度升高时的物相转变顺序为γ-Al2O3—δ-Al2O3—θ-Al2O3—α-Al2O3,各相转变发生时的温度范围为100~200℃;Ba2+的引入不改变转变顺序,但提高了各转变所需的温度。     

水合作用对阳极氧化多孔Al2O3/Al载体晶态的影响

通过阳极氧化法制备出多孔氧化铝板状催化剂载体,考察了不同水合条件对多孔氧化铝膜性能的影响,并通过TG、XRD、SEM和BET等分析手段研究了Al2O3/Al的晶态形成规律.实验结果表明,最佳水合温度为80℃,非晶态氧化铝发生反应生成AlOOH,经过500℃焙烧可以完全转化为γ-Al2O3.经过水合后制备的γ-Al2O3/Al板状催化剂载体在高温水蒸气氛围下晶型结构稳定性能好.     

Al2O3-SiO2复合膜的制备与结构表征

以异丙醇铝和正硅酸乙酯为主要原料,用溶胶-凝胶法制备无支撑体Al2O3-SiO2复合膜.应用XRD、DTA-TGA、IR、BET等测试手段对复合膜的物相组成、热稳定性、孔结构进行表征.并且讨论了化学组成和煅烧温度对复合膜孔结构的影响.研究结果表明550℃煅烧10h的复合膜物相组成为无定形的SiO2和γ-Al2O3晶体,粒度大小在2～4nm之间;化学组成为Al2O3/SiO2=32的复合膜在不同煅烧温度时,400℃煅烧的物相为γ-AlOOH和γ-Al2O3,550～1150℃煅烧的物相为γ-Al2O3,1220℃煅烧的物相为γ-Al2O3和α-Al2O3,1300℃煅烧的物相为莫来石相和α-Al2O3;化学组成不同的复合膜主要是由Al-O网络和Si-O网络构成,没有形成Al-O-Si网络结构;复合膜具有良好的热稳定性;化学组成和煅烧温度对复合膜的孔结构有一定的影响.     

退火对多孔氧化铝膜光致发光的影响

用电化学阳极氧化方法在草酸溶液中制备了有序多孔氧化铝膜,研究了退火对其光致发光强度和峰位的影响,研究结果表明,多孔氧化铝膜光致发光强度随着退火温度的升高而增强,当退火温度为500℃时强度最大,随后进一步升高退火温度则强度又明显下降。同时,发光谱的峰位随着退火温度升高呈现蓝移规律,bk2．83eV蓝移到2．89eV。氧化铝膜中存在两种不同的发光中心F＋（单离子氧空位）和F心（俘获两个电子的氧空位）,用退火对两种氧空位浓度的影响解释了退火对光致发光的影响。     

高度有序多孔阳极氧化铝模板的制备

为了得到纳米孔排列高度有序的多孔阳极氧化铝模板,以0.3 mol·L-1的草酸为电解液研究了模板的制备工艺.采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对多孔氧化铝模板的表面形貌进行表征,X射线衍射分析高纯铝及氧化膜的结构.实验结果表明,铝基体不经过高温退火处理,同样能够得到高度有序的氧化铝膜,简化了多孔氧化铝膜的制备工艺.分别讨论了阳极氧化电压和电解液温度对多孔阳极氧化铝膜的形貌及孔径的影响,并对一步法和两步法制得的多孔氧化铝膜进行比较,结果表明,两步阳极氧化法制备的多孔氧化铝模板的有序性优于一步氧化法.XRD分析证实,多孔氧化铝膜由非晶态的Al2O3组成.     

纳米氧化铝的相变研究

以硫酸铝为原料,用沉淀法制取纳米氧化铝,研究了其相变过程。用XRD、SEM、AFM及IR等手段对不同温度下煅烧所得的产品进行了表征。结果表明,该方法制备的氧化铝粉体呈球形、团聚程度轻、粒度分布较均匀、γ相和δ相平均粒径20-30nm、α相平均粒径53nm,其物相变化次序为：非晶态Al2O3→γ-Al2O3→δ-A12O3→α-Al2O3。     

退火对有序孔洞氧化铝膜荧光性能的影响

用阳极氧化法在草酸溶液或硫酸溶液中制备了有序阵列孔洞的氧化铝膜．研究了在不同温度下、不同气氛中退火对多孔氧化铝膜荧光性能的影响．结果表明,随着退火温度的升高,发光带的强度也随之增强;与此同时,发光带的峰位出现蓝移．当退火温度Ｔ_ａ＝５００℃时,在草酸中制备的氧化铝膜的发光强度最强;而在硫酸中制备的膜,其发光最强的退火温度为４００℃．当 Ｔ≤４００℃时,氧化铝膜的发光强度基本上与退火气氛无关;当 Ｔ_ａ＝５００℃时,在草酸中制备的膜在空气中退火后的发光强度高于在真空中退火后的发光强度．在草酸中制备的氧化铝膜的发光带明显比在硫酸中制备的膜强得多．电子自旋共振的实验结果表明,蓝光发光带来自多孔氧化铝膜中的Ｆ^＋心．我们还对多孔氧化铝膜发光特性的机制进行探讨．     

ZrO_2-12wt% Y_2O_3沉积薄膜退火后处理前后的相结构研究

在不同温度衬底上射频磁控溅射沉积ZrO2－12wt％Y2O3薄膜进行了不同方式的退火后处理。其一为1000℃大气气氛下的热退火处理，其二为高真空渗氧条件下的电子束退火处理。退火前后的相结构和显微形貌的研究表明，退火前的沉积膜相组成与沉积过程中衬底温度有关，退火后的沉积膜相组成与退火方式有关，其形貌特征经不同形式退火显示出明显的差别。     

硼掺杂的γ-A12O3催化膜的制备及其热稳定性的研究

在勃姆石AlOOH溶胶中引入一定量的H2BO3溶液,经不同温度的热处理,制成不同硼掺杂含量的无支撑的γ-A12O3催化膜。用XRD、BET分别对膜的晶相和膜的微孔结构,包括比表面积、孔径和孔容进行了研究,结果发现：随着硼含量的增加,在低温下,膜的比表面积和孔容都不断增加,而对孔径的影响不大;经1200℃处理后,未掺杂硼的膜的比表面积,孔径和孔容分别为5.4m2/g,49nm和0.063cm3/g,而经掺杂16％摩尔硼的膜的比表面积,孔径和孔容分别为35m2/g,13nm和0.225cm3/g,这说明硼的掺杂对γ-A12O3膜的热稳定性有很好的改善作用。     

纳米氧化铝粉体的绿色合成及其物相转变控制研究

以氯化铝、碳酸钠为原料,采用直接沉淀法,并于500～1,200℃煅烧,制备纳米Al2O3粉体。然后用TiO2、BaO对纳米Al2O3粉体掺杂,控制其物相转变过程。通过X射线衍射仪、差式扫描量热仪和透射电子显微镜分析纯净和掺杂后的纳米Al2O3的物相转变过程。结果表明,直接沉淀法所得水合Al2O3,经500℃煅烧后可转变为纳米活性Al2O3,粒径约为10 nm;纯净和掺杂Al2O3样品经1,200℃煅烧2 h后均为纳米粉体,其粒径为40～50 nm;在较高温度下,掺杂氧化钡对Al2O3的物相转变具有强烈抑制作用,粉体直至1,200℃仍未转变为结晶良好的α-Al2O3物相;而氧化钛则对其物相转变有显著促进作用,在1,000℃时粉体的主要物相即为α-Al2O3,1,100℃之后粉体已完全转变为α-Al2O3。     

喷涂氧化铝粉体及其在等离子射流下的变化

用烧结法生产喷涂氧化铝。实验采用水冷非转移式等离子喷枪 ,工作气体为N2 、H2 ,其纯度 99.9%。稳定相α-Al2 O3经等离子射流熔融、淬冷后 ,转变为亚稳相γ -Al2 O3及球化低钠氧化铝 ,经试验确定 ,Al2 O3的相变历程如下 :α -Al2 O3等离子射流 熔体 淬冷 γ -Al2 O380 0℃ ε -Al2 O3110 0℃ α -Al2 O3     

非均相沉淀法制备纳米α-Al2O3/金属复合粉体

利用非均相沉淀法制备了平均粒径小于50 nm的α-Al₂O₃/W(Ni)复合粉体,并研究对比了纳米钨和镍对α-Al₂O₃相转变温度的影响。结果表明:纳米钨和镍的存在均可降低过渡型氧化铝向α型氧化铝转变的相变温度,但降低程度有所不同,含钨氧化铝于1000℃完成相变,而含镍氧化铝于1150℃完成相变;并且纳米第二相体积比越大,对相变温度的影响也越大。     

Low Temperature Synthesis of Single-crystal Alpha Alumina Platelets by Calcining Bayerite and Potassium Sulfate

Single-crystal alpha alumina (α-Al2O3) platelets were synthesized by calcining a powder mixture of bayerite (α-Al(OH)3) and potassium sulfate (K2SO4) at 900℃. The crystalline phase evolutions and morphologies of the samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The synthesized samples mainly consisted of single-crystal α-Al2O3 platelets with a diameter of 0.5-1.5 μm and a thickness of 50-150 nm. Moreover, with 3, 5, and 8 wt% (referred to the obtained alumina) α-Al2O3 seeds adding into the powder mixture of bayerite and potassium sulfate, the average diameter of α-Al2O3 platelets can be reduced to 450, 240, and 220 nm, respectively. It is found that the sequence of the phase transformation is the bayerite (α-Al(OH)3) → boehmite (γ-AlOOH) →γ-Al2O3 →α-Al2O3. Further analysis indicated that K2SO4 can promote the phase transformation from γ-Al2O3 to α-Al2O3 and the formation of single-crystal α-Al2O3 platelets might be attributed to the liquid phase K3Al(SO4)3.     

碳酸铝铵法制备圆饼状α-Al_2O_3粉末

在碳酸铝铵法制备氧化铝工艺的基础上,通过加入晶体生长促进剂及改变热分解工艺等方法,有效控制了α-Al2O3颗粒的大小和形貌。结果表明:促进剂对α-Al2O3的相变过程影响很大,加入促进剂后使其相转变温度降低了200℃,至1000℃时已完全转变为α-Al2O3相;升温方式对α-A2lO3颗粒的形貌影响很大,将含促进剂的样品直接入高温炉煅烧时,倾向于形成六角片状颗粒;而先低温后高温煅烧时则会形成圆饼状颗粒。通过控制升温过程,可以控制得到粒径较小的圆饼状α-Al2O3颗粒,且分散性良好。     

pH对化学沉淀法制备纳米Al_2O_3粉体的影响

以硫酸铝铵、碳酸氢铵为原料,采用化学沉淀法,在不同pH条件下制备Al2O3的前驱体NH4Al(OH)2CO3,再经不同温度焙烧得到Al2O3粉体;利用扫描电镜、X射线衍射等分析手段对Al2O3粉体进行表征。结果表明,反应溶液pH的增大能降低Al2O3的相转变温度,但pH越大,所得到的Al2O3粉体越容易团聚;控制反应溶液的pH为9¹0,焙烧温度为800℃左右,可得到结晶度高的γ-Al2O3粉体,其平均晶粒径约为12 nm。