《鉭鈮酸鉀一維納米材料的取向控制及光電導效應研究》是依託湖北大學，由胡永明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鉭鈮酸鉀一維納米材料的取向控制及光電導效應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：胡永明
- 依託單位：湖北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鉭鈮酸鉀(KTa1-xNbxO3)具有優異的鐵電、電光和非線性光學特性，在濾波、紅外探測、光電開關等領域具有廣泛的套用前景。本項目擬以KTa1-xNbxO3為研究對象，採用水熱法研究介質鹼度、溫度、表面活性劑的種類和濃度等參數對產物形貌的影響，實現KTa1-xNbxO3一維納米材料的尺寸和取向可控；利用縮合冷凝化學反應對KTa1-xNbxO3一維納米材料進行表面原位聚合物修飾，研究材料的光電導特性，探討聚合物修飾、溫度、外電場以及環境氣氛等對不同尺寸和取向KTa1-xNbxO3一維納米材料中光生載流子產生和收集的影響規律，結合密度泛函理論建立一維納米材料微觀結構參數與光電導性能之間的對應關係，揭示其光電導效應物理機制。本項目的順利實施有望進一步認識鐵電納米材料的尺寸和表面效應，為研製基於鐵電納米線的新型光電納米器件提供理論基礎和實驗依據。
結題摘要
採用水熱法在一定介質鹼度，200℃條件下獲得了純相的鈣鈦礦結構鉭鈮酸鉀納米材料，通過控制表面活性劑的種類和濃度是實現了兩種取向（如[001]和[110]）KTa0.25Nb0.75O3納米棒的取向生長。從熱力學和動力學角度初步探討了KTa0.25Nb0.75O3納米棒的形成過程，提出了取向附生的生長機制。由於(110)和(001)是正交相KTa0.25Nb0.75O3中能量最低的兩種晶面，那么就可能存在兩種晶面生長速率的競爭，即v[001]和v[110]。當v[001]>>v[110]時，獲得的是[001]取向的KTa0.25Nb0.75O3納米棒；當v[110]>>v[001]時，獲得的是[110]取向的KTa0.25Nb0.75O3納米棒。研究了KTa1-xNbxO3納米材料的光吸收、室溫Raman光譜和光催化特性。隨著Nb含量的增加，KTa1-xNbxO3的吸收邊發生紅移，最大紅移量約50nm，表明通過組分控制可調製KTa1-xNbxO3納米材料的光學帶隙；另外，KTa1-xNbxO3納米材料中二級散射和表面態引起Raman振動模的減少和“藍移”，隨著組分中Nb含量的增加，產生了B位有序晶格振動模，雜質或無序態誘導的振動模消失；鉭鈮酸鉀納米棒的取向顯著影響光催化的降解速率，發現[001]取向的納米棒明顯快於[110]取向。採用改進的低溫水熱工藝製備了尺寸分布均勻，具有四方鈣鈦礦結構KNbO3納米線，發現KNbO3納米線在室溫下展現綠色發光現象，從相轉變溫度的明顯變化表明KNbO3納米線具有顯著的尺寸效應；利用第一性原理密度泛函理論，計算了正交相KNbO3的電子結構和自發極化，並從理論上分析了介電常數隨頻率變化規律以及KNbO3極化產生的原因。此外，採用靜電紡絲工藝實現了襯底上平行排列K1-xNaxNbO3多晶納米纖維的製備，並獲得了1.2V的電壓輸出。研究表明，輸出的電壓大小正比於應變的大小以及施加應力的頻率。同時，在該電壓的驅動下，Nb2O5單晶納米線網路在室溫下展現出顯著的氫氣敏感特性，為後續發展高靈敏和高選擇性的複合能源轉化室溫氫氣感測器奠定了前期基礎。
