In2O3电子结构与光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了In2O3电子结构和光学线性响应函数,系统研究了In2O3电子结构与光学性质的内在关系.利用计算的能带结构和态密度分析了带间跃迁占主导地位的In2O3材料的能量损失函数、介电函数、反射图谱,根据电荷密度差分图分析了In2O3材料的化学和电学特性.研究结果表明In2O3光学透过率在可见光范围内高达85%,可作为优异的透明导电薄膜材料.同时,计算结果为我们制备基于In2O3透明导电材料的设计与大规模应用提供了理论依据,也为监测和控制这一类透明导电材料的生长过程提供了可能性。

In2O3的掺杂及气敏性能研究

较为详尽地论述了n型半导体材料In2O3的掺杂情况,并就不同金属氧化物掺杂引起的气敏性能作了简单的分析,发现不同的金属氧化物掺杂对NO2、O3及一些还原性气体的灵敏度有不同程度的提高,改善了In2O3的气敏性能,同时还探讨了In2O3对不同气体(H2、H2S、NO2、O3、Cl2、C2H5OH)的敏感机理。

Fe掺杂对水热合成In2O3结构与光催化性能的影响

通过水热合成法制备了不同Fe掺杂浓度的Fe-In2O3复合材料,采用扫描电镜、元素能谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱等技术分析了样品的形貌与微观结构,并以罗丹明B为目标降解物测试了其光催化性能.结果表明,随Fe掺杂量的增加,In2O3晶粒的形貌由短纤维构成的不规则厚片状向纤细的薄片状变化,最终呈现花朵状.表面形貌的改变使样品的吸附性增强,并导致OH键(H2O)的振动加强,样品形成了新的化学键Fe—O—In,使晶体衍射峰的峰位发生偏移.Fe掺杂也抑制了In2O3晶粒的长大,同时随Fe含量的增加,In2O3的光吸收范围逐渐向可见光方向移动.最终发现Fe掺杂可以明显提高In2O3的光催化性能,在紫外光照射下其对罗丹明B的降解率可达96%.光催化降解罗丹明B的过程符合一级反应动力学方程,活性物种捕获实验证明空穴和超氧自由基是光催化体系中的主要活性物种.

Tm^3＋掺杂纳米In2O3的制备及其气敏性能研究

为了测试Tm3+掺杂纳米In2O3的气敏性能,以InCl3.4H2O、Tm2O3和柠檬酸为原料,通过溶胶凝胶法制备出Tm3+掺杂的In2O3纳米粉体,并通过XRD、TEM对产物进行了结构、形貌的测量和表征。结果表明:前驱体经600℃高温热处理后得到粒径约为33 nm的纳米粉体。将产物制作成气敏元件,采用静态配气法测试了材料的气敏性能,发现元件在工作温度为250℃时对50×10-6的NO2的灵敏度达到128,响应时间达4 s,而且对其他气体有较好的抗干扰性,有望开发成为对NO2检测的敏感材料。

退火温度对In2O3(ZnO)m超晶格纳米线的拉曼光谱的影响

采用化学气相沉积方法,在硅衬底上合成了In2O3(ZnO)m超晶格纳米线。扫描电镜的测试结果表明,纳米线的直径和长度分别在80～100 nm和15～25μm之间。透射电镜图像显示,In-O层与In/Zn-O block沿纳米线生长方向<0001>交替堆垛。在不同温度下对样品进行退火并利用拉曼散射技术对处理后的样品进行研究。研究结果发现随退火温度的提高,材料中的VO和Zni减少,AM模和A1(LO)模的逐渐频移到571 cm-1和619 cm-1位置,峰型对称性增强,即退火使In2O3(ZnO)m超晶格纳米线的晶体质量明显提高。最佳的退火温度为1000℃。

In2O3/CdS复合物的制备及光催化性能

以氧化铟（In2O3）纳米球作为基体，采用水热法制备了氧化铟／硫化镉（In2O3／CdS）复合光催化剂，并利用XRD、SEM等对所制备复合光催化剂进行了表征。结果表明：复合光催化剂由立方相的In2O3纳米球和六方相CdS棒状结构组成，且In20，纳米球附着于CdS棒状结构表面上。光学性能测试和光降解实验发现：所得复合光催化剂与纯In2O3和纯CdS相比，不仅光响应范围增加，而且光催化亚甲基蓝（MB）的活性也得到显著改善。当In2O3／CdS中n（In2O3，）：n（CdS）=1：4时，光催化效率改善尤为明显，当复合催化剂的质量为0．05g时，MB转化率达到96．2％；这可能是由于CdS接受In2O3表面上的光生电子，减少了光生电子与空穴的复合机会，因而提高了光催化降解能力。

不同添加剂对AgSnO2In2O3触头材料电性能的影响

采用内氧化法工艺制备了不含添加剂及分别含添加剂CuO或TeO2的3种AgSnO2In2O3触头材料。应用模拟继电器试验设备检测了这3种材料在AC230 V、25 A阻性负载条件下的电寿命、熔焊力、电弧能量、燃弧时间、质量侵蚀率等相关电性能参数,并对检测结果及试验后铆钉触头样品进行了分析。研究发现:与不含添加剂的AgSnO2In2O3材料相比,添加剂CuO对材料的电寿命影响不大,而添加剂TeO2明显提高了材料的电寿命;含添加剂的两种材料的熔焊力和电弧能量均有了不同程度的降低,但它们的质量侵蚀率却明显增加。

Mn掺杂In2O3陶瓷材料的高温热电传输性能

利用放电等离子(SPS)烧结工艺制备Mn掺杂In2O3多晶陶瓷材料。通过测试热电传输性和观察微观结构,研究了掺杂工艺对SPS烧结多孔结构In2O3陶瓷传输性能的影响。结果表明,低浓度掺杂的样品在测试温度范围内能得到较高的电导率和热电势;掺杂试样In1.99Mn0.01O3在973 K可获得最高的热电功率因子4.0×10-4W.K-2.m-1,从而可知,控制In2O3中低浓度的Mn的掺杂量可获得较好的高温n型热电材料。

掺锡In2O3薄膜的晶粒生长及其微观结构性质研究

以氧化锡(SnO2)掺杂的氧化铟(In2O3)陶瓷靶作为溅射源材料,利用射频磁控溅射工艺在普通玻璃基底上沉积了掺锡In2O3(In2O3:Sn)薄膜样品,通过XPS、XRD和SEM等表征手段,研究了基底温度对薄膜晶粒生长和微观结构的影响.结果表明,所有In2O3:Sn样品均为多晶薄膜并具有体心立方铁锰矿晶体结构,基底温度对晶粒生长特性和微观结构性能具有明显的影响.基底温度升高时,薄膜沿(222)晶面的织构系数和平均晶粒尺寸先增大后减小,而位错密度和晶格应变则呈现相反的变化趋势.当基底温度为250℃时,In2O3:Sn样品沿(222)晶面的织构系数最高、平均晶粒尺寸最大、位错密度最小、晶格应变最低,薄膜具有最佳的(222)晶面择优取向生长特性和微观结构性能.

纳米In2O3／TiO2介孔复合体的制备及其光致发光性能研究

本论文利用尿素水解均匀沉淀法制备锐钛矿型纳米TiO2介孔粉体，然后在硫酸铟溶液中浸泡一周，并在650℃下退火处理5h，制得纳米In2O3／TiO2介孔复合体。采用X射线衍射（XRD）和光致发光（PL）谱表征In2O3／TiO2介孔复合体的组成结构和发光性能，并对相同温度退火处理下的介孔TiO2粉体进行比较，结果表明：经过650℃退火后，在激发波长380nm，发射波长570nm附近，纳米In2O3／TiO2介孔复合体产生荧光增强效应。

La掺杂In2O3纳米粉体的制备及气敏性能研究

采用水热法制备了质量分数w[La(NO3)3]为3%～9%的La(NO3)3-In2O3纳米粉体。利用XRD,SEM,TEM等测试手段,对其物相、结构进行了表征。结果表明:掺质量分数为7%的La(NO3)3的In2O3纳米粉体,其颗粒长度和直径分别为2μm与200nm左右,呈棒状。利用该纳米粉体制成气敏元件,并采用静态配气法测试了元件的气敏性能。研究发现:元件在110℃的工作温度下,对体积分数为100×10-6的Cl2的灵敏度高达1665.7,且具有良好的选择性与响应-恢复特性。

MOCVD方法制备In2O3薄膜的性质研究

用金属有机化学气相淀积（MOCVD）方法以三甲基铟为源材料，以O2为氧化气体，在蓝宝石衬底（0001）面上生长出了高质量的立方相In2O3薄膜。研究了In2O3薄膜的结构、表面形貌和光电性质。结果表明制备样品具有In2O3体心立方结构和（222）方向择优取向生长，电阻率～6．40×10^-3Ω·cm，在可见光区域的平均透过率达到了90％以上。

一维In2O3纳米材料的制备与表征

由于一维半导体纳米材料独特的物理、化学性质,其在透明电极、光电子器件、气敏传感器、逻辑电路和太阳能电池等诸多领域呈现出广阔的应用前景,成为了近些年来纳米科技研究的热点之一。本文利用热蒸发法在镀金的硅(100)衬底上生长了纯净的In2O3纳米线。通过扫描电子显微镜(SEM),可以看到最终样品为In2O3纳米线;X射线衍射(XRD)分析证实所制备的材料为立方结构;由X射线能谱仪(EDX)可以看到,纳米线由In和O两种元素组成,为所要的纯净In2O3纳米线。

In2O3基纳米材料气敏性能研究综述

In2O3半导体纳米材料由于具有较高的响应灵敏度、较快的响应-恢复时间,是气敏领域的明星材料,得到了广大研究者的青睐。然而,In2O3气敏材料由于化学组份单一往往催化能力有限,气敏性能不太理想(灵敏度较低、相应的恢复时间较长、功耗较高),严重限制了其在日常生产生活中的应用。实验证明:对单一的气敏材料修饰改性可以有效提升材料的气敏性能。国内外广大研究者相继对In2O3进行了大量的研究工作并取得了显著的成果。综述了In2O3气体传感器最新的研究进展,对近几年In2O3半导体纳米材料发展存在的问题及改性方法进行概括,并对以后的发展进行了展望。

基于In2O3的高灵敏度乙醇气体传感器

采用溶剂热法制备了不同形貌的In2O3纳米材料,利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行了表征和分析,并研究了冰醋酸的添加量对In2O3传感器气敏性能的影响。研究结果表明:通过调控冰醋酸的添加量不仅可以改变In2O3纳米材料的晶相及形貌,还可以优化In2O3传感器对乙醇的气体传感性能。添加浓度为0.45 mol/L的冰醋酸辅助合成的In2O3传感器气敏性能最好,在250℃的工作温度下对体积分数为5×10^-5乙醇的响应值高达141,并对体积分数低至5×10^-6的乙醇的灵敏度高至7.7。同时,该材料对乙醇表现出良好的重复性和稳定性,这对长期检测乙醇具有重要的应用价值。

NiO/In2O3纳米复合材料的制备及气敏性能研究

采用水热法结合水浴法制备出了NiO/In2O3纳米复合材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)等对其微观形貌和晶相进行表征分析。表征结果表明,制备所得In2O3纳米微球直径为200~300 nm,其表面均匀包覆厚度约为20 nm的NiO纳米片。气敏测试结果表明,基于NiO/In2O3异质结纳米复合材料的气体传感器对甲醛的最佳工作温度为220℃;在最佳工作温度下,对浓度为1×10^-5的甲醛气体响应可达到20,响应/恢复时间分别为4 s/16 s,且具有较好的重复性和选择性。最后,对分级结构及p-n异质结对其气敏机理进行了探讨。

水热法合成In2O3多孔纳米片及其甲醛气敏性能研究

采用水热法合成了In2O3多孔纳米片,研究了不同溶剂以及不同反应时间对材料形貌的影响,并探讨了纳米片的晶体生长机理。将In2O3多孔纳米片制备成旁热式半导体传感器,研究了甲醛气体的敏感性能。采用XRD、SEM对合成样品的物相和微观形貌进行了分析表征,研究结果表明,随着反应时间的增加,材料发生了相变,反应时间达到24 h时,形成了多孔、尺寸约1μm、厚度约50 nm的六方相片状产物。气敏性能研究表明,在加热温度为330℃时,传感器对50ppm甲醛的灵敏度达到8,响应时间和恢复时间分别为14 s和5 s,材料存在多孔结构,气体能够进行较快的吸脱附。该传感器可检测到最低浓度为1 ppm的甲醛,且其对1-100 ppm甲醛具有良好的线性关系。

基于高岭土多孔基板的In2O3微米梳制备及其气敏性能

采用模压-烧结法制备高岭土多孔基板,考察烧结温度对高岭土多孔基板表面形貌与孔隙结构的影响,通过热蒸发法在高岭土多孔基板上制备出In2O3微米材料,并采用XRD、SEM、FTIR、阿基米德排水法等检测手段考察多孔基板及In2O3微米材料的形貌与结构。结果表明,在烧结温度1 200℃时所获高岭土多孔基板的孔径尺寸在45μm左右,显气孔率为32.71%,体积密度为1.48 g/cm^3,抗弯强度为15.08 MPa。在该多孔基板上所制备的In2O3产物呈梳状结构,梳齿直径和长度分别在1~10μm和20~80μm范围内,梳柄长度约为1 mm,结晶良好。对In2O3微米梳的气敏检测结果表明:In2O3微米梳对NO2气体具有良好的选择性、可逆性和重复性;其对浓度为0.001%的NO2气体的灵敏度随着工作温度的升高呈先升高后降低的趋势,响应时间和恢复时间随之减少,且在最佳工作温度200℃时达到最大值,为44.4,此时的响应时间和恢复时间分别为21 s和106 s;In2O3微米梳对NO2气体的灵敏度随着NO2浓度的增加而增加,两者之间呈线性相关,响应时间随着NO2浓度的增加而缩短,恢复时间则随之增长。

In2O3三维纳米结构的控制合成及高效光解水产氢活性研究

开发高效、稳定光解水催化剂,对于缓解能源危机和环境污染问题具有重要意义。本工作中,通过简易水热策略制备了三维纳米结构的In2O3光催化剂,该光催化剂在三维结构上具有合适的自组装程度。为了研究合适的自组装程度对光催化制氢活性的影响,我们利用该催化剂在可见光和模拟太阳光下进行光催化产氢活性测试。结果发现,In2O3-150(水热温度为150°C样品)的光催化活性最佳,这可能是由于其在三维结构上具有合适的自组装程度,这种合适的自组装程度有利于光在催化剂内部的反射以及气体的溢出。通过光催化循环测试,In2O3-150表现出优异的光催化稳定性。本工作突出了控制In2O3三维纳米结构自组装程度的重要性,并探讨了其在可见光和模拟太阳光下制氢的性能及机理。

Sn掺杂对In2O3热电性能的影响

本文利用第一性原理结合半经典玻尔兹曼理论研究了Sn掺杂对In2O3热电特性的影响.由于一个In2O3原胞有80个原子,所以为了清楚表明Sn的掺杂浓度,我们将化学式表述为In32-xSnxO48.形成能的计算表明Sn比较容易取代In位,且Inb位比Ind位更容易被取代.且只有x=1,形成能是负值,而x=2和3的形成能是正值.电子结构的计算表明Sn掺杂对In2O3的能带结构的形状影响很小,只是费米能级向导带方向移动了,基于这一点我们预测刚性带模拟In2O3的电子热电特性和实际Sn掺杂的应该比较接近.输运性质的计算表明在价带顶或导带底附近,电子输运性质随化学势发生明显的变化,而在价带以上导带以下的一定化学势范围内,虽然S,σ/τ和n随化学势和温度变化比较大,ZeT随化学势和温度几乎没有变化,且n型和p型掺杂下的ZeT非常接近,大小在1附近.令人兴奋的是,通过将刚性带模型计算In2O3电子输运性质和实验结果对比,发现当温度为1000 K,化学势为0.6512 Ry时的实验ZT=0.28和理论0.273非常接近.而此化学势远在导带底以上,说明如果选择较低的掺杂浓度,In2O3的输运性质有望进一步提高.