纳米SiO_2包覆对羰基铁粉电磁性能的影响_周乾

原子层沉积氧化铝包覆羰基铁粉的抗腐蚀性及吸波性能刘彦峰;李磊削;王韫宇;李昌烽【摘要】To improve the corrosion resistant capability and electromagnetic performance of carbonyl iron powders (CIPs), alumina thin films were coated on carbonyl iron powder by atomic layer deposition (ALD) using trimethylaluminum and water as precursors. Original and modified carbonyl iron powder was characterized comprehensively via scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), thermogravimetric analyzer (TGA), Fourier Transform infra-red spectroscope (FTIR), and vector network analyzer. The results indicated that nano-alumina films were conformably grown on the surface of carbonyl iron powders via ALD, forming an excellent core-shellCIP/alumina structure. Compared to the original sample, thermal stability and corrosion resistance of the modified carbonyl iron powders were greatly im-proved. Antioxidation capability of CIPs was found enhanced with the increase of alumina coating thickness, and the maxi-mum antioxidation temperature ca n exceed 550℃. It was also found that the complex permittivity of core-shell CIP/alumina decreased greatly while the complex permeability was almost the same. Therefore, the electromagnetic parameters and mi-crowave absorption properties of the modified CIPs was also improved.%为了提高羰基铁粉的抗腐蚀能力及改善其电磁性能,以TMA 和H2O为前驱体,利用原子层沉积(ALD)方法对羰基铁粉进行表面包覆改性,在羰基铁粉表面包覆不同厚度的氧化铝.通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、综合热分析仪(TGA)、红外光谱(FTIR)和矢量网络分析仪等技术手段系统分析了改性前后羰基铁粉性能指标.结果表明,通过ALD方法可在羰基铁粉表面生长纳米级别具有良好保型的氧化铝薄膜,形成了极佳的羰基铁/氧化铝壳层结构复合材料.与原样品相比,包覆改性后的羰基铁粉热稳定性与抗腐蚀性有极大的提高,且随着包覆厚度的增加,抗氧化能力增强,最大抗氧化温度可超过550℃.同时羰基铁粉包覆氧化铝后,其介电常数明显减小,磁导率变化相对较小,改善了原羰基铁粉的电磁参数与吸波性能.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2017(032)007【总页数】7页(P751-757)【关键词】原子层沉积;羰基铁粉;氧化铝;吸波材料;抗腐蚀性【作者】刘彦峰;李磊削;王韫宇;李昌烽【作者单位】江苏大学能源与动力工程学院, 镇江 212013;江苏大学能源与动力工程学院, 镇江 212013;江苏大学能源与动力工程学院, 镇江 212013;镇江智联德科技有限公司, 镇江 212000;江苏大学能源与动力工程学院, 镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】TB33近年来, 吸波材料在军事和民用领域的用途越来越广泛, 这引起了广泛关注。

介孔SiO2负载和包覆的纳米金属颗粒的制备与研究吴天斌;张鹏;杨冠英;韩布兴【期刊名称】《中国材料进展》【年(卷),期】2012(031)001【摘要】制备了以SiO2为核、介孔SiO2为壳的核一壳颗粒负载纳米金属颗粒以及介孔SiO2壳层包覆SiO2负载的纳米金属颗粒。

结果表明，十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）作为模板剂，有助于介孔SiO2壳层包覆SiO2核的结构形成，介孔SiO2壳层的孔径方向垂直于SiO2核的表面；在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的稳定作用下，Pt纳米颗粒能均匀地分布在介孔SiO2壳层的表面。

单分散SiO2颗粒经过3-氨丙基三乙氧基硅烷（APS）功能化后，可负载纳米金属颗粒。

进一步研究表明，以SiO2负载纳米金属颗粒为核，NH3·H2O，乙醇和水为分散剂，CTAB 为模板剂，正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，还能制备介孔SiO2壳包覆SiO2负载的纳米金属颗粒，而且介孔SiO：壳层的厚度可通过TEOS的含量调节。

【总页数】6页(P8-12,35)【作者】吴天斌;张鹏;杨冠英;韩布兴【作者单位】中国科学院化学研究所北京分子科学国家实验室,北京100190;中国科学院化学研究所北京分子科学国家实验室,北京100190;中国科学院化学研究所北京分子科学国家实验室,北京100190;中国科学院化学研究所北京分子科学国家实验室,北京100190【正文语种】中文【中图分类】TB383【相关文献】1.SiO2/Al2O3复合包覆TiH2颗粒的制备及释氢性能的研究 [J], 陈永楠;梁戈;赵康;严复学2.介孔二氧化硅包覆银纳米颗粒的制备及抗菌性能 [J], 王彦;陈绚丽;文利雄;陈建峰3.快速热解法制备炭包覆纳米金属磁性颗粒 [J], 马辰;罗彬;宋怀河;智林杰4.树脂包覆球形SiO2颗粒制备3D打印用陶瓷/树脂复合粉体 [J], 孙志强;杨小波;王华栋;李德里;李淑琴;吕毅5.有序介孔碳负载纳米金属颗粒及其SERS性能研究 [J], 薛沙;赵蕾;赵友全;徐慧敏;邓橙;王尹;蔡田雨;朱孟府因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

TiO2包覆对不同粒径羰基铁粉吸波性能的影响韩铮;曾国勋;熊小敏【摘要】Carbonyl iron powders with average diameters of 6μm and 1μm were coated,respectively,with TiO2 film using the sol-gel method.A vector network analyzer was used to measure the complex dielectric permittivity,complex magnetic permeability,and absorption coefficient of the composites composed of carbonyl iron particles and paraffin,where the carbonyl iron particles were bare or TiO2 coated.The results show that the TiO2 coaitng can increase the complex magnetic permeability and the complex dielectric constant of the composite with 1μm diameter carbonyl iron particles,and enhance its microwave absorption coefficient.We suggest that the TiO2 film can prevent eddy currents among the small carbonyl iron particles,which increases its microwave absorption coefficient.%本文采用溶胶-凝胶法,分别在粒径为6μm和1μm的羰基铁粉表面成功包覆了一层二氧化钛薄膜;利用矢量网络分析仪测量了羰基铁粉和石蜡所制成的复合材料的电磁参数,对比分析了二氧化钛包覆前后羰基铁粉复合材料在微波频段的复介电常数、复磁导率和微波吸收性能的变化.实验结果表明:二氧化钛包覆层能有效地增大粒径为1μm的羰基铁粉的复磁导率和复介电常数,改善小粒径羰基铁粉的微波吸收性能.通过分析认为二氧化钛包覆层能有效地阻隔颗粒间涡流的形成,由此能很好地解释二氧化钛包覆层对1μm羰基铁粉微波吸收性能的增强效果.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2017(035)005【总页数】6页(P708-712,774)【关键词】二氧化钛;羰基铁粉;吸波性能;电磁参数【作者】韩铮;曾国勋;熊小敏【作者单位】光电材料与技术国家重点实验室,中山大学物理科学与工程技术学院,广东广州510275;广东工业大学材料与能源学院,广东广州 510006;光电材料与技术国家重点实验室,中山大学物理科学与工程技术学院,广东广州510275【正文语种】中文【中图分类】TB34在信息化的现代战争中，先敌发现、先敌进攻是克敌制胜的关键因素，为提高军事目标的生存能力和武器系统的突防能力，能对电磁波进行吸收衰减的吸波材料被广泛地应用于武器装备中；而在民用方面，电子产品之间的电磁干扰、信息泄露以及环保领域中的电磁污染等问题也都需要使用吸波材料。

羰基铁粉表⾯纳⽶钴修饰及其对磁流变液性能的影响羰基铁粉表⾯纳⽶钴修饰及其对磁流变液性能的影响3江万权1,张复殿1,陈祖耀1,龚兴龙2,3(1.中国科学技术⼤学化学系安徽合肥230026;2.中国科学技术⼤学⼒学与机械⼯程系,安徽合肥230026;3.中国科学院材料⼒学⾏为与设计重点实验室,安徽合肥230026)摘　要:　羰基铁粉作为制备磁流变液最重要的磁性材料,其表⾯特性将对所制备的磁流变体系的磁流变效应、化学稳定性和沉降稳定性产⽣很⼤的影响。

因此,在磁流变液制备中,磁性颗粒的表⾯修饰必不可少,也是磁流变液研究的重要内容。

本⽂采⽤化学沉积⽅法,⾸先在微⽶级羰基铁粉表⾯均匀镀上⼀层纳⽶级⾦属钴,然后再对表⾯进⾏其它处理,以试图改善磁性材料的表⾯均匀性、提⾼饱和磁化强度并增强磁流变效应。

在p H=10左右的硼砂缓冲溶液介质中,采⽤次亚磷酸钠直接还原钴盐的⽅法将纳⽶级⾦属钴包覆在羰基铁粉的表⾯。

对影响钴化学沉积过程的因素例如p H值、温度、溶液浓度等进⾏了实验研究,并对实验条件进⾏优化。

采⽤XRD、热分析、SEM、XPS 和原⼦发射光谱对处理后的颗粒样品进⾏观察、表征和成分测定。

采⽤钴处理前后颗粒作为磁性粒⼦制备磁流变液,对其沉降稳定性和磁流变效应进⾏⽐较,得到较为满意的结果。

关键词:　纳⽶钴修饰;化学沉积;磁流变液中图分类号:　O482.54;T G174.44⽂献标识码:A ⽂章编号:100129731(2006)07211632031　引　⾔磁流变液(magnetorheological fluid)作为⼀种新型的智能材料,以其对外加磁场的快速响应和很⾼的⼒学性能引起了⼴泛的兴趣[1～7]。

实⽤磁流变液器件如离合器(clutches)、制动闸(brakes)、减振器(shock absorbers)、⾼效光学器件抛光(optical polishing)、柔性夹具(flexible fixt ure)等开发和应⽤对磁流变液材料的设计和制备也提出了更⾼的要求。

第36卷　第12期2009年12月湖南大学学报(自然科学版)Journal of Hunan University(Natural Sciences)Vol.36,No.12Dec12009文章编号:167422974(2009)1220053206纳米SiO2包覆改性薄片铝粉颜料及其耐酸性研究3皮丕辉 ,陈　军,李利君,文秀芳,程　江,杨卓如(华南理工大学化学与化工学院,广东广州　510640) 摘　要:以正硅酸乙酯为前驱体,氨水为催化剂,采用溶胶2凝胶法在薄片铝粉颜料表面包覆了一层薄而致密的纳米SiO2层,考察了反应工艺参数对包覆层形貌及耐酸性的影响.通过调节反应温度和时间、铝硅比、水硅比、催化剂用量等工艺条件,可以控制正硅酸乙酯的水解速率、活性硅酸在铝粉粒子表面的吸附速率及缩合速率之间的相对大小,从而控制SiO2以膜沉积的方式对铝粉进行包覆,得到均匀致密的包覆膜.实验得到较优的条件为:同时滴加正硅酸乙酯和氨水水溶液,控制铝硅比为5.5,水硅比为30,氨水用量3mL,在40℃下反应6h,铝粉粒子表面的SiO2包覆层均匀致密,包覆型铝粉在p H=1的酸溶液中能稳定存在30d而不产生H2.关键词:铝颜料;二氧化硅;溶胶凝胶;耐酸性中图分类号:TQ624 文献标识码:AAluminum Pigment s Encap sulated wit h Nano2SiO2Coatings and Their Acid2resistancePI Pi2hui ,C H EN J un,L I Li2jun,WEN Xiu2fang,C H EN G Jiang,YAN G Zhuo2ru (School of Chemistry and Chemical Engineering,S outh China Univ of T echnology,G uangzhou,G uangdong　510640,China) Abstract:Aluminum pigment s were encap sulated wit h a t hin but dense film of nano2SiO2particles in sol2gel met hod,using tet raet hoxysilane as t he p recursor and ammonia as t he catalyst.The influences of re2 action factors o n t he film’s pattern and t he acid p roof behavior were st udied.The relative rates of tet rae2 t hoxysilane hydrolyzation,silicic acid absorptio n and co ndensation polymerization on aluminum pigment s could be controlled by adjusting t he reaction parameters,such as t he reaction temperat ure,time and t he ratio of reactant s.And t he homogeneous and dense SiO2layer could be depo sited t horoughly around t he surface of t he aluminum pigment s.It was found t hat,when dropping tetraet hoxysilanc and ammonia sim2 ultaneously into t he pigment s solution and cont rolling t he mole ratio of aluminum to tet rat hoxysilane at 5.5,t he ratio of water to tet raet hoxysilane at30,t he dosage of catalyst wit h3mL,t he reaction tempera2 t ure at40℃and time of6h respectively,t he encap sulated aluminum pigment s obtained could be immersed in t he acid media of p H=1for30d wit hout H2giving2off.K ey w ords:aluminum pigment;SiO2;sol2gel;acid2resistance 薄片(0.01～5μm厚,1～50μm长或宽)金属铝颜料由于具有特殊的随角异色光学效应和金属光泽,3收稿日期:2009204216基金项目:国家自然科学基金资助项目(20976059);广东省自然科学基金资助项目(07006528)作者简介:皮丕辉(1973-),男,湖南澧县人,华南理工大学讲师,博士通讯联系人,E2mail:phpi@ 湖南大学学报(自然科学版)2009年广泛应用于汽车涂料、工业涂料、印刷油墨及塑料加工业中[1].但铝为两性活性金属,接触酸碱溶液或者空气中的O2极容易发生氧化而变黑,影响其金属光泽,还会产生大量的H2,影响其贮存稳定性[2]提高铝粉的贮存稳定性,防止铝粉表面被氧化,有效的方法是在铝粉微粒表面进行改性,表面吸附一层腐蚀抑制剂[3]或者微胶囊包覆一层惰性层,隔绝铝与氧、水的直接接触[4].相比于吸附有机腐蚀抑制剂,在铝粉表面形成一层薄而致密的钝化铬层或者SiO2层等无机层,具有非常好的抗氧化耐腐蚀性能[5-6].Y.Iriyama以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,采用等离子体聚合法在铝粉粒子表面包覆了一层SiO2层[7].溶胶凝胶法因反应温度低、工艺及设备简单,具有较广的工业应用价值.Ralf Supplit和Ulrich Schubert采用磷酸催化正硅酸乙酯水解对铝粉进行第一层包覆,再用十六烷基三甲氧基硅烷或二甲基二甲氧基硅烷水解进行第二层包覆,包覆铝粉在热水和p H=9的碱液中具有较好的稳定性[8].Liu Hui等采用甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷对铝粉进行预处理,再采用原位乳液聚合的方法包覆聚甲基丙烯酸甲酯[9].李利君等采用TEOS对薄片铝粉进行了纳米SiO2包覆[10],采用TEOS和乙烯基三乙氧基硅烷同时水解对铝粉进行了杂化的纳米SiO2包覆[11],并在此基础上采用聚合物进行第二层包覆[12],包覆铝粉在p H=11的碱液中能稳定存在30d.Jo stein Mardalen等发现包覆硅的形态和包覆度对包覆铝粉的化学稳定性的影响比包覆硅的厚度的影响更重要[13].本文以TEOS为前驱体,采用溶胶2凝胶法制备SiO2包覆的铝粉颜料(Al/SiO2),详细考察反应温度、反应时间、铝硅比(S=nAl /nTEOS)、水硅比(R=n H2O/nTEOS)及催化剂用量等工艺条件对包覆层形态和产品耐酸性的影响.1实验部分111　主要原料铝颜料,平均粒径30μm,广州市天珑贸易有限公司;TEOS,分析纯,汕头市光华化学厂;氨水,分析纯,广州市东红化学厂;无水乙醇,分析纯,成都市联合化工试剂研究所;蒸馏水,自制.112　试样制备将2g铝颜料和50mL无水乙醇加入250mL 四颈烧瓶中,氮气保护下搅拌1h,然后升温至40℃,同时滴加30mL无水乙醇稀释的3mL TEOS 和30mL无水乙醇稀释的4.5mL氨水及5mL水,控制滴加速度为1滴/秒.滴加完毕后,在40℃下反应6h,停止反应,真空抽滤,用无水乙醇洗涤产物3次,干燥后得最终产物Al/SiO2.113　样品表征样品的表面元素分析采用Kratos Axis Ult ra (DLD)光电子能谱仪,Al靶,用污染碳C1s285.00 eV定标.样品的表面形态、结构及粒径采用荷兰飞利浦公司FEI X L230ESEM扫描电镜(SEM)扫描,用离子溅射器对铝颜料进行表面喷金处理;耐酸性测试采用排水集气法,将0.1g的样品放入盛有p H= 1的硫酸溶液的玻璃瓶中,在室温下放置30d,收集所产生的H2.2　结果与讨论211　纳米SiO2包覆铝颜料过程机理分析TEOS在铝颜料表面成膜过程如图1所示. TEOS首先在碱性条件下发生完全水解反应,生成硅醇.硅醇在铝粉表面吸附,硅醇的羟基和铝表面的羟基之间形成氢键,在加热条件下,硅醇的羟基和铝表面的羟基发生缩合反应,最终TEOS和铝之间以化学键Si—O—Al结合.图1　TEOS在铝颜料表面成膜过程Fig.1　Process of the formation of TEOS film on thesurface of aluminum pigments在反应体系中存在颗粒复合和膜复合的竞争,这与水解速率、缩合速率及硅醇在铝粉粒子表面的沉积速率三者之间的相对大小有关.水解快速形成的硅醇如果首先缩合形成SiO2颗粒然后沉积在铝粉粒子表面,就会导致颗粒包覆;如果硅醇首先吸附在铝粉粒子表面然后发生缩合反应,就会导致膜包覆.212　XPS分析未包覆铝粉和Al/SiO2的XPS分析谱图如图2所示.可以看出,在未包覆的铝颜料的表面出现了Al,C45第12期皮丕辉等:纳米SiO 2包覆改性薄片铝粉颜料及其耐酸性研究和O 3种元素的峰[图2(a )],在Al/S iO 2的表面出现了新的Si 元素的峰[图2(b )],而没有出现Al 元素峰.结合能/eV(a )未包覆的铝颜料结合能/eV (b )Al/SiO 2图2　不同铝颜料的XPS 全谱图Fig.2　XPS spectra of different aluminum pigments图3为Al/SiO 2中Si 2p 的XPS 谱图,Si 2p 的电子结合能为103.34eV ,这与已知文献报道的SiO 2的电子结合能为103.2～103.7eV 相符合[14].这表明在铝颜料表面包覆了一层致密的SiO 2膜层,且膜的厚度大于10nm.结合能/eV图3　Al/SiO 2的Si 2p 的XPS 谱图Fig.3　XPS spectra of Si 2p for Al/SiO 2213　纳米SiO 2包覆型铝颜料影响因素分析2.3.1　反应温度的影响实验考察了不同温度对包覆效果的影响,所得Al/SiO 2的表面形貌如图4所示,耐酸性检测结果如图5所示.由图4可以看出,当反应温度为30℃时,在铝粉表面形成了粒径不均匀的SiO 2粒子,其中部分粒子粒径较大,未能形成均匀、致密的SiO 2包覆层;当反应温度为40℃和50℃时,均可形成粒度较小、均匀致密的S iO 2包覆层;当反应温度升高到60℃时,SiO 2呈絮状,而没有在铝粉微粒表面形成均匀、致密的包覆层.这从图5的耐酸性结果也可看出,反应温度为30℃和60℃时,Al/S iO 2在酸溶液中释放出大量的H 2,表明其耐酸性较差,也就是说其表面的S iO 2包覆层不够致密,起不到很好的保护作用;反应温度为40℃和50℃时(图中两曲线接近重合),Al/SiO 2在酸溶液中浸泡30d 仍没产生H 2,表明其耐酸性能良好,因此可推断粒子层均匀致密.(a )30℃(b )40℃(c )50℃(d )60℃图4不同反应温度下Al/SiO 2表面形貌(6h ,R =30,S =5.5,4.5mL 氨水)Fig.4　Morphology of Al/SiO 2at different reaction temperature (6h ,R =30,S =5.5,4.5mL ammonia )反应温度较低(30℃)时,水解和缩合反应较慢,粒子间的碰撞速度较小,活性硅酸缔合程度较大,缩合成平均粒径较大的SiO 2粒子,阻碍了均匀、致密的SiO 2包覆层的生成,故耐酸性差.适当升高反应温度(40℃,50℃),提高水解和缩合反应速率,粒子间的碰撞速度加快,有利于生成均匀、致密的SiO 2粒子,故耐酸性好.温度过高(60℃),水解和缩合的速率大大加快,生成的活性硅的数量大大55 湖南大学学报(自然科学版)2009年增加,速度也大大加快,就不可能使其逐渐沉积到铝粉表面形成SiO 2包覆层,而是聚集缩合生成许多SiO 2小颗粒,结果形成一种复杂的混合物,导致了絮状SiO 2簇生成,故耐酸性差.t /d图5　不同反应温度下Al/SiO 2耐酸性Fig.5　Acid resistance of Al/SiO 2preparedat different temperature实验较优的包覆温度选择为40℃左右,既能保持铝粉表面的金属光泽,又能达到最佳的包覆效果.2.3.2　反应时间的影响不同反应时间下,Al/SiO 2表面Si 元素含量及外观的对比见表1.由表1可以看出,随着包覆处理时间的延长,铝颜料表面的Si 元素相对含量也逐渐增加,表明沉积在铝粉表面的SiO 2越来越多.SiO 2的包覆量在最初的2～4h 内增加得比较快,而反应4h 以上包覆量的增加速度有所减慢.还可以看出,当反应时间在6h 内时,铝颜料可保持原有的银白色的金属光泽.但是当反应时间超过6h 时,随着反应时间的增加,铝颜料的颜色迅速加深,由银白色转变成暗灰色,此时铝粉表面SiO 2的大量沉积,完全遮盖了铝粉本身的银白色光泽.经综合考虑,选取的反应时间为6h.表1　反应时间对铝颜料表面Si 元素含量及外观的影响(T =40℃,R =30,S =5.5,4.5mL 氨水)T ab.1　E ffect of reaction time on Si content and appearanceof aluminum pigments(T =40℃,R =30,S =5.5,4.5mL ammonia)反应时间/h246810外观银白银白银白暗灰暗灰Si 质量分数/%2.566.678.399.2910.012.3.3　铝硅比(S )的影响不同S 下的Al/SiO 2的SEM 图如图6所示,相应的耐酸性检测结果如图7所示.由图6可看出,当S =16.5时,产生的SiO 2量较少,不能在铝粉颗粒表面形成致密的SiO 2包覆层,包覆效果较差.当S 减少至8.3时,铝颜料表面的SiO 2数量明显增多,而当S 降至5.5时,铝粉表面形成了均匀的包覆层,包覆效果较好.同时由图7可看出,S =16.5或8.3时,耐酸性较差,此时虽然SiO 2在铝粉表面形成包覆,但是SiO 2量过少导致包覆的膜层较疏松,不能对铝颜料起到较好的保护作用;在S =5.5时,Al/SiO 2在p H 值=1的酸溶液中经过30d 后无任何氢气放出,其耐酸性非常好,表明此时铝颜料表面的SiO 2膜层非常致密,可以对铝颜料起到很好的保护作用.实验选择较优的S 为5.5左右时,包覆效果比较理想.(a )S =16.5(b )S =8.3(c )S =5.5图6　不同S 时Al/SiO 2表面形貌(T =40℃,6h ,R =30,4.5mL 氨水)Fig.6　Morphology of Al/SiO 2at different S (T =40℃,6h ,R =30,4.5mL ammonia )t /d图7　不同铝硅比时Al/SiO 2的耐酸性Fig.7　Acid resistance of Al/SiO 2prepared at different S2.3.4　水硅比(R )的影响实验考察了不同水硅比对铝粉表面包覆层的影响,其SEM 图如图8所示,其耐酸性检测结果如图9所示.由图8可以看出,R =10时,系统中含水量较65第12期皮丕辉等:纳米SiO 2包覆改性薄片铝粉颜料及其耐酸性研究少,片状铝粉表面没有形成SiO 2包覆层;R =30,系统中加入适量的水时,所得产物的包覆效果最佳,有大量SiO 2颗粒在片状铝粉表面密集排列,形成致密的包覆层;R =50时,所得产品的包覆效果比较好,有大量SiO 2颗粒在片状铝粉表面密集排列,但与包(a )R =10(b )R =30(c )R =50(d )R =70图8　不同R 时Al/SiO 2表面形貌(T =40℃,6h ,S =5.5,4.5mL 氨水)Fig.8　Morphology of Al/SiO 2prepared at different R(T =40℃,6h ,S =5.5,4.5mL ammonia)t /d图9　不同R 时Al/SiO 2的耐酸性对比Fig.9　Comparison of acid resistance of Al/SiO 2prepared at different R覆条件在R =30相比,R =50时的SiO 2粒径明显增大,并且发生了少量的颗粒团聚.当R =70,系统中加入过量的水时,片状铝粉表面并没有富集SiO 2颗粒,而是形成了疏松的包覆层.同时由图9可以看出,R =30时的产品耐酸性最好,R =50时的产品比较耐酸,而R =10和R =70时的产品耐酸性极差.耐酸性检验结果与SEM 表征结果较为符合.体系的R 较小时(R =10),TEOS 的水解速度较慢且不完全,而聚合速度过快,不利于水解后的硅醇在铝表面的吸附,因而难以形成包覆层.体系的R 较大时(R =50),水解生成的硅醇较快地增多,容易聚集缩合生成SiO 2小颗粒,而不是逐渐有序沉积到铝粉表面.体系中的水硅比很大(R =70)时,水解生成的硅醇较快地增多,而大量的水的存在抑制了缩合反应,容易形成疏松而非致密的结构.体系水硅比适中(R =30),含水量与TEOS 的浓度比适当,经溶胶2凝胶法处理后,SiO 2在铝颜料表面形成了一层致密的保护膜,能够对铝颜料起较好的保护作用.在实验过程中,控制体系水硅比在30左右较合适.2.3.5　催化剂的影响TEOS 的水解反应在常温条件下非常慢.实验选用氨水作催化剂时,能加快水解反应速率.不同氨水用量下所制备的复合粒子,其SEM 照片如图10所示,耐酸性检测结果如图11所示.从图10和图11可以看出,当加入1.5mL 氨水[图10(a )]时,铝粉表面只形成了少量的SiO 2小颗粒,且得到的产品只经过1d 的酸浸泡,就已经产生大量氢气,耐酸性能差.此时体系中氨水的浓度较低,TEOS 水解和聚合的速率较慢,对铝粉的包覆也较慢,只达到部分包覆的程度.当加入适量氨水(3.0mL ,4.5mL )时,如图10(b )和图10(c )所示,包覆膜层基本均匀致密,无二氧化硅团聚体粘连,得到的产品经过30d 的酸浸泡,没有放出氢气(图11中两曲线接近重合),耐酸性能极好.此时SiO 2在Al 粉颗粒表面形成了均匀致密化的包覆膜,能够起较好的保护作用.当加入过量的氨水(6.0mL )时,如图10(d )所示,包覆膜层并不均匀,而且片状铝粉的边缘处有疏松的海绵状团聚物,得到的产品经过7d 的酸浸泡,产生了一定量的氢气,耐酸性较差.此时体系中氨水浓度比较高,使得TEOS 水解的速率加快,大量的活性硅缔合缩合成SiO 2颗粒,SiO 2不是完全以膜包覆的方式,还以颗粒包覆的方式在铝粉粒子表面沉积,最终包覆粒子表面粗糙不平,且包覆膜不够致密.75 湖南大学学报(自然科学版)2009年(a )1.5mL 氨水(b )3.0mL 氨水(c )4.5mL 氨水(d )6.0mL 氨水图10　氨水的量对Al/SiO 2表面形貌的影响(T =40℃,6h ,R =30,S =5.5)Fig.10　Effect of ammonia content on the morphology ofAl/SiO 2(T =40℃,6h ,R =30,S =5.5)t /d图11　不同催化剂浓度下Al/SiO 2的耐酸性对比Fig.11　Comparison of acid resistance of Al/SiO 2prepared at different concentration of catalyst在实验过程中,控制体系的氨水加入量在3.0～4.5mL 之间,对最终形成均匀的膜层较为有利.3　结　论以TEOS 为前驱体,氨水为催化剂,采用溶胶2凝胶工艺可以在薄片铝粉外面包覆一层厚度大于10nm 的SiO 2包覆层.通过调节反应温度和时间、铝硅比、水硅比、催化剂用量等工艺条件,可以控制TEOS 的水解速率、活性硅酸在铝粉粒子表面的吸附速率及缩合速率之间的相对大小,从而控制SiO 2以膜沉积的方式对铝粉进行包覆,得到均匀致密的包覆膜.得到较优的条件为:同时滴加TEOS 和氨水水溶液,控制铝硅比为5.5,水硅比为30,氨水用量3mL ,在40℃下反应6h ,铝粉粒子表面的SiO 2包覆层均匀致密,包覆型铝粉在p H =1的酸溶液中能稳定存在30d 而不产生H 2.参考文献[1]　WISSL IN G P.水性涂料用铝颜料[C]//第二届环保型水性涂料及树脂研讨会论文集.广州,2003.WISSL IN G P.Aluminum pigment for waterborne coatings [C]//Proceeding of t he second session of t he environmentally friendly water 2based paint and resin Seminar.Guangzhou ,2003.[2]　P HAMBU N.Characterization of aluminum hydroxide t hinfilm on metallic aluminum powder [J ].Materials Letters ,2003,57(19):2907-2913.[3]　KARLSSON P M ,BAEZA A ,PALMQVIST A E C ,et al.Surfac 2tant inhibition of aluminium pigments for waterborne printing inks [J ].C orrosion Science ,2008,50(8):2282-2287.[4]　KARLSSON P ,PALMQVIST A E C ,HOLMBERG K.Surfacem odification for alum inium pigment inhibition [J ].Advances in C olloid and Interface Science ,2006,128/130:121-134.[5]　KIEHL A ,GREIWE K.Encapsulated aluminium 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Vol.34高等学校化学学报No.92013年9月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 2196~2201 doi:10.7503/cjcu20130071纳米级包覆层厚度对染料敏化太阳电池中电子注入效率和电子寿命的影响胡林华,莫立娥,李文欣,丁　勇,戴松元(中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,中国科学院等离子体物理研究所,合肥230031)摘要　选取氧化钐作为包覆材料,采用浸渍法对已烧结好的纳米TiO 2多孔薄膜电极进行修饰,并将其应用于染料敏化太阳电池中,研究了纳米级氧化钐包覆层厚度及均匀性对染料敏化太阳电池中电子注入效率和电子复合过程的影响和作用机制.结果表明,包覆层厚度对电子注入效率和电子复合具有明显影响,且电子注入效率和电子寿命随包覆层厚度的增加而呈现相反的变化趋势,包覆层厚度在0.4nm 以内,电池性能最好.关键词　电子注入;电子复合;氧化钐;染料敏化太阳电池中图分类号　O649 文献标志码　A收稿日期:2013⁃01⁃21.基金项目:国家 九七三”计划项目(批准号:2011CBA00700)㊁国家 八六三”计划项目(批准号:2011AA050527)和国家自然科学基金(批准号:21173228)资助.联系人简介:戴松元,男,博士,研究员,博士生导师,主要从事薄膜太阳电池研究.E⁃mail:sydai@ 染料敏化太阳电池(DSC)因具有制作工艺简单㊁成本低㊁无污染等优势而引起广泛关注[1~3].目前,其最高光电转换效率已超过12%[4].但电池中存在的一系列能量损失过程(如电子复合等)严重影响着DSC 的光电性能[5,6].开路电压(V oc )是DSC 光电转换性能的重要参数之一,其大小取决于TiO 2薄膜费米能级和电解质中氧化还原电势的差值[7],TiO 2薄膜的导带边负移或抑制电子复合都可以提高V oc ,改善电池性能[8].在纳米TiO 2多孔薄膜表面包覆一层作为势垒的氧化物层来抑制电子复合,降低暗电流是提高V oc 的一种有效方法[9,10].目前,已在DSC 包覆材料选取㊁实验工艺条件和优化处理方面开展了大量的研究工作[11~13].Sm 2O 3属稀土绝缘体氧化物,具有良好的电子特性,其禁带宽度为4.4eV,等电荷点(pzc)为8.69,理论上作为包覆层应用于DSC 中可以起到很好的抑制暗电流的作用.Qiang 等[14]对在钛基底上制备的高度有序TiO 2纳米管进行Sm 2O 3包覆处理后,DSC 光电流和效率得到明显提升,这主要是由于Sm 2O 3包覆一方面起到了抑制暗电流作用,另一方面还起到了下转换发光的作用.但是,关于包覆层厚度对DSC 中光生电子注入和电子与电解质复合这两个过程影响程度的研究并不多.本文选取Sm 2O 3作为包覆材料,得到了不同纳米级别厚度的Sm 2O 3包覆层,研究了纳米级包覆层厚度对DSC 中电子注入效率和电子寿命的影响.通过对影响电池光电转换效率的光捕获效率㊁电子注入效率和电子收集效率进行量化和归一化计算,获得了纳米级包覆层厚度变化与电池中电子注入效率和电子寿命之间变化的快慢程度.1　实验部分1.1　试 剂Sm(CH 3COO)3(纯度99.90%)购自百灵威试剂公司.无水碘化锂(LiI,纯度99.99%)㊁碘(I 2,纯度99.999%)㊁4⁃叔丁基吡啶(TBP,纯度96%)和3⁃甲氧基丙腈(MePN,纯度≥98%)购自Fluka 公司.1⁃甲基⁃3⁃丙基咪唑碘(DMPⅡ)由1,2⁃二甲基咪唑(纯度98%,Aldrich 公司)和碘丙烷(纯度99%,Fluka 公司)合成.1.2　实验过程纳米TiO 2浆料和纳米TiO 2多孔薄膜的制备参见文献[15].采用丝网印刷技术将TiO 2浆料印刷到透明导电玻璃(TCO,TEC⁃15,LOF)上,在450℃空气气氛下烧结30min,即得到纳米TiO 2多孔薄膜电极;将烧结好的纳米TiO 2多孔薄膜电极分别于室温(25±2)℃下浸泡在浓度为0.5,1.0和5.0mmol /L 的Sm(CH 3COO)3无水乙醇溶液中,30min 后取出并用无水乙醇清洗,除去薄膜表面的残留物质,再经高温烧结得到Sm 2O 3包覆TiO 2的光阳极.染料㊁电解质的制备和电池的组装参见文献[16].所选用的染料为二⁃四丁铵⁃双(异硫氰基)双(2,2′⁃联吡啶⁃4,4′⁃二羧基)钌(Ⅱ)(N719,自制);电解质为含1.0mol /L 1⁃甲基⁃3⁃丙基咪唑碘㊁0.08mol /L 碘㊁0.1mol /L 碘化锂和0.9mol /L 4⁃叔丁基吡啶的3⁃甲氧基丙腈溶液.电池效率未进行高效和优化处理,文中所涉及电池的有效面积均为0.25cm 2.电池单色入射光电转化效率(IPCE)在IPCE /QE 测试设备(美国Newport 公司)上进行.薄膜的染料吸附量根据U⁃3900H 型紫外⁃可见分光光度计(UV⁃Vis,日本日立公司)测量得到的溶液吸光度推算.多孔薄膜的元素分析通过ESCALAB⁃250型X 射线光电子能谱仪(XPS,英国Thermo⁃VG Scientific 公司)完成;TiO 2纳米颗粒形貌采用JEOL⁃2010型高分辨透射电子显微镜(HRTEM,日本电子株式会社)观察.电池暗电流以及电化学阻抗测试(EIS)在CHI66A 电化学工作站(美国CH 有限公司)上进行;电流/电压调制光谱(IMPS /IMVS)测试由CIMPS 可控强度调制光谱仪(德国Zahner 公司)完成,光源由Expot 驱动的波长为610nm 的LED 提供,调制光强振幅约为背景光强的10%,频率范围3kHz ~0.1Hz,入射光从纳米TiO 2薄膜方向照射.电池I ⁃V 特性由电池测试标准光源(Oriel Sol 3A,AM 1.5,100mW /cm 2,美国Newport 公司)及数字源表(Keithley2420,美国Keithley 公司)组成的测试系统完成.1.3　入射单色光光电转换效率在DSC 中,光捕获效率[LHE(λ)]㊁电子注入效率(ϕinj )和电子收集效率(ηc )的乘积可以描述为入射单色光电转换效率(IPCE)[17],即:IPCE(λ)=LHE(λ)㊃ϕinj ㊃ηc(1)在不同波长光的照射下,染料有不同的光电转换效率.因此,入射单色光电转换效率又可定义为外回路中产生的电子数与入射光子数之比[18],即:IPCE(λ)=1.25×103J sc λϕ0(2)式中,J sc (μA /cm 2),λ(nm)和ϕ0(W /m 2)分别为电池短路电流密度㊁入射光波长以及入射光通量.2　结果与讨论2.1　包覆处理对TiO 2薄膜的修饰作用Fig.1　HRTEM images of TiO 2film (A )and Sm 2O 3/TiO 2films (B D )obtained in differentSm (CH 3COO )3aqueous solutionc [Sm(CH 3COO)3]/(mmol㊃L -1):(B)0.5;(C)1.0;(D)5.0.用不同浓度Sm(CH 3COO)3无水乙醇溶液包覆处理后得到的纳米颗粒的HRTEM 照片如图1所示.可以看出,与未包覆时相比,采用0.5,1.0,5.0mmol /L 的Sm(CH 3COO)3无水乙醇溶液处理后,7912　No.9　胡林华等:纳米级包覆层厚度对染料敏化太阳电池中电子注入效率和电子寿命的影响纳米TiO 2颗粒表面明显被Sm 2O 3包覆着,包覆层厚度分别约为0.6,0.8和1.4nm.包覆处理后TiO 2颗粒与颗粒之间仍保持很好的相互连接,没有被包覆层阻隔.XPS 测试结果(图2)表明,图1中的包覆层为Sm 2O 3.Sm 元素出现在包覆处理后的样品中,其Sm 3d 5/2特征峰对应的电子结合能为1082.7eV,与Sm 2O 3中Sm 3d 5/2的特征峰位置(1083.0eV)相近,表明Sm 元素以Sm 2O 3的形态存在于样品中,Sm 2O 3以物理方式包覆在TiO 2表面,没有对TiO 2内部的键合状态产生影响.Fig.2　XPS spectrum of Sm 2O 3/TiO 2film Fig.3　Relationship of C -2with reverse bias C represents the cumulative capacity in thin films.2.2　包覆层厚度对电荷复合过程的影响DSC 中薄膜平带电势的改变可以较好地反映V oc 的变化情况[19].本文基于Mott⁃Schottky 曲线分析,获得了不同包覆层厚度的多孔薄膜电极对平带电势的影响.由图3可以看出,随着包覆层厚度的增加,薄膜平带电势负移很小,基本没有变化.为了研究包覆层厚度对电池暗电流的影响,本文从电池暗电流和电池中TiO 2/电解质/染料界面电荷转移电阻两个方面进行测试和研究.将包覆前后的薄膜作为光阳极组装成电池,得到电池暗态下的I ⁃V 曲线[见图4(A)].可见,包覆处理后暗电流明显减小,表明Sm 2O 3包覆层起到了抑制暗电流的作用;且包覆层越厚,对暗电流的抑制效果越好.Sm 2O 3包覆纳米TiO 2多孔薄膜电极前后电池的电化学阻抗谱如图4(B)所示.拟合后发现,与包覆处理前相比,当包覆层的厚度从0增加到0.6,0.8和1.4nm 时,TiO 2与电解质界面的电荷转移电阻(R ct )由23.48Ω分别增大为32.16,42.96和73.86Ω,该界面处电荷转移电阻明显增加,电子复合被抑制.由拟合得到的R ct 与界面电容(C )的乘积计算得到电子寿命(τn )值分别为44.11,53.01,68.65和124.42ms,表明包覆处理后电池中电子寿命随着包覆层厚度的增加而增大.Fig.4　Effects of different coating layer thickness on dark current in DSC (A )andcharge transfer impedance (B )Thickness of coating layers /nm:a.0;b .0.6;c .0.8;d .1.4.Sm 2O 3禁带宽度为4.4eV,作为势垒层包覆在纳米TiO 2表面时,激发态染料产生的光电子通过隧穿效应穿过这层势垒注入TiO 2导带;同时,TiO 2/电解质/染料界面电荷转移电阻R ct 增大,注入电子很难越过这层势垒与电解质中的I -3反应,电池暗电流被有效抑制.在其它条件相同的情况下,势垒层越8912高等学校化学学报 Vol.34　厚,R ct 增大越明显,暗电流越小,对电子复合过程的抑制越明显.2.3　包覆层厚度与电子注入效率之间的关系由式(2)中可以看出,在同一波长光照射下,纳米TiO 2多孔薄膜的面积相同时,IPCE(λ)值的改变可以在一定程度上反映光电流密度的变化趋势.光捕获效率LHE(λ)的大小和染料吸附量有关,在薄膜对光的利用率不变的情况下,LHE(λ)与染料吸附量成正比.通过染料解吸附的方式,薄膜的染料吸附量可根据紫外⁃可见分光光度计测试的溶液吸光度来推算.由表1可知,染料的吸附量随包覆层厚度的增加而增大,因此,LHE(λ)值也不断增大.Table 1　Effects of coating layer thickness on dye adsorption amount ,ηc and ϕinjThickness of coating layer /nmDye adsorption amount ηc ϕinj(530nm)01.000.870.830.61.270.900.610.81.280.900.571.41.300.900.33 电子收集效率ηc 由薄膜中电子的传输时间(τd )和电子寿命(τn )计算得到.其中,电子在薄膜中的传输时间和电子寿命可由IMVS /IMPS 测试拟合得到.在610nm 的单色光照射下,不同包覆层厚度薄膜的τn 和τd 如图5所示.Fig.5　Effects of different thickness coating layer on the electron lifetime (A )and electrontransmit time (B )in DSCThickness of coating layers /nm:a.0;b .0.6;c .0.8;d .1.4.Fig.6　IPCE curves vary with thickness of coating layer Thickness of coating layers /nm:a .0;b .0.6;c .0.8;d .1.4.由图5(A)中可以看出,随着包覆层厚度的增大,电子寿命不断增大,这与EIS 测得的结果相一致.同时,采用浸渍法对已烧结好的纳米TiO 2多孔薄膜电极进行修饰处理前,TiO 2颗粒之间以及TiO 2与导电基底之间已产生很好的相互连接,且此时Sm 2O 3以物理方式包覆在TiO 2表面,因此光生电子在薄膜内部的传输及其被导电基底收集这两个过程没有受到很大影响,电子传输时间没有发生较大改变[图5(B)].根据τd 和τn 可以计算得到电子的收集效率(ηc =1-τd /τn ),结果见表1.由表1中数据可以看出,经包覆处理后,电子的收集效率增大. 电子注入效率ϕinj 可以根据式(1)推出,将入射光波长为530nm 处的IPCE 值㊁染料吸附量及ηc 代入式(1)中.根据图6中IPCE 测试结果,以未包覆时得到的染料吸附量为1,归一化后得到包覆前后的计算结果见表1.可以看出,包覆层厚度增大时,DSC 的电子注入效率急剧下降,未包覆时,电子注入效率为83%,而当包覆层厚度增加到1.4nm 左右时,电子注入效率急速降低到只有33%,反映在电池上即为短路电流密度的减小.这主要是由于Sm 2O 3的禁带宽度较大,当其作为势垒层包覆在TiO 2表面时,光生电子通过量子隧穿效应越过9912　No.9　胡林华等:纳米级包覆层厚度对染料敏化太阳电池中电子注入效率和电子寿命的影响0022高等学校化学学报 Vol.34　这层势垒注入TiO2导带,其它条件相同时,势垒层越厚,隧穿效率越低,越过这层势垒注入TiO2导带的光生电子数目越少,ϕinj越小.2.4　包覆层厚度对电池光伏性能的影响包覆层厚度与DSC的光伏性能参数变化关系见表2.包覆处理后,电池的开路电压V oc随多孔薄膜包覆层厚度的增加而明显增大,短路电流密度J sc却大幅减小,最终导致电池效率随包覆层厚度的增加不断减小.由于导带边负移不明显,因此,电压的增加主要是由于注入到TiO2导带中的电子复合减少和电池暗电流被有效抑制所致.同时,TiO2表面包覆层过厚是造成电子注入效率降低㊁电池光电转换效率减小的根本原因.Table2　Photovoltaic performance of DSC with different thickness of coating layer Thickness of coating layer/nm V oc/V J sc/(mA㊃cm-2)Fill factor(%)Efficiency(%)00.7213.6866.506.550.60.7513.1565.506.460.80.7711.1765.465.631.40.788.2567.134.32 为此,进一步优化实验条件,通过降低包覆处理浓度和时间来降低包覆层厚度.表3为用0.5mmol/L Sm(CH3COO)3无水乙醇溶液处理不同时间的电池光伏性能数据.结果表明,与未经Sm(CH3COO)3处理时所制备的电池相比,低浓度处理得到的电池的效率有明显的提高,其中处理时间为120s时达到最佳值,电镜测试表明此时的包覆层厚度约为0.4nm.Table3　Photovoltaic performance of DSC with different treating timeTreating time/s V oc/V J sc/(mA㊃cm-2)Fill factor(%)Efficiency(%)00.7114.2664.126.49300.7214.3463.876.591200.7214.4365.406.793000.7214.1764.496.583　结 论采用不同浓度Sm(CH3COO)3无水乙醇溶液包覆处理TiO2多孔薄膜后得到了包覆层厚度为0.6, 0.8和1.4nm的Sm2O3/TiO2薄膜.EIS和IMVS/IMPS分析结果表明,包覆层越厚,由于势垒作用,对界面电子复合抑制作用越明显,电子寿命也随包覆层的厚度急剧增加,电池开路电压增大.与此同时,电子从染料激发态向TiO2导带注入效率,随着包覆层厚度的增加却急剧降低,最终导致电池效率下降.研究结果表明,Sm2O3包覆层厚度为0.4nm左右最为合适.参　考　文　献[1]　Oregan B.,Gratzel M.,Nature,1991,353(6346),737 740[2]　Fan X.,Li X.,Tian D.L.,Zhai J.,Jiang L.,Chem.J.Chinese Universities,2011,32(12),2861 2864(范霞,李娴,田东亮,翟锦,江雷.高等学校化学学报,2011,32(12),2861 2864)[3]　He Z.,Zhong C.,Su S.,Xu M.,Wu H.,Cao Y.,Nature Photonics,2012,6,593 597[4]　Chen C.Y.,Wang M.K.,Li J.Y.,Pootrakulchote N.,Alibabaei L.,Ngoc⁃le C.H.,Decoppet J.D.,Tsai J.H.,Gratzel C.,WuC.G.,Zakeeruddin S.M.,Gratzel M.,ACS Nano,2009,3(10),3103 3109[5]　Liu W.Q.,Kou D.X.,Hu L.H.,Dai S.Y.,Chem.J.Chinese Universities,2012,33(9),2051 2055(刘伟庆,寇东星,胡林华,戴松元.高等学校化学学报,2012,33(9),2051 2055)[6]　Zhu K.,Jang S.R.,Frank A.J.,Energy Environ.Sci.,2012,5(11),9492 9495[7]　Frank A.J.,Kopidakis N.,van de Lagemaat J.,Coord.Chem.Rev.,2004,248(13/14),1165 1179[8]　Ma B.B.,Gao R.,Wang L.D.,Zhu Y.F.,Shi Y.T.,Geng Y.,Dong H.P.,Qiu Y.,Sci.China Chem.,2010,53(8),16691678[9]　Lee S.,Kim J.Y.,Hong K.S.,Jung H.S.,Lee J.K.,Shin H.,Sol.Energy Mater.Sol.Cells,2006,90(15),2405 2412[10]　Menzies D.B.,Dai Q.,Bourgeois L.,Caruso R.A.,Cheng Y.B.,Simon G.P.,Spiccia L.,Nanotechnology,2007,18(12),125608⁃1 125608⁃11[11]　Kay A.,Gratzel M.,Chem.Mater.,2002,14(7),2930 2935[12]　Diamant Y.,Chappel S.,Chen S.G.,Melamed O.,Zaban A.,Coord.Chem.Rev.,2004,248(13/14),1271 1276[13]　Zaban A.,Chen S.G.,Chappel S.,Gregg B.A.,mun.,2000,22,2231 2232[14]　Liu R.,Qiang L.S.,Yang W.D.,Liu H.Y.,J.Power Sources ,2013,223,254 258[15]　Hu L.H.,Dai S.Y.,Wang K.J.,Acta Physica Sinica ,2003,52(9),2135 2139[16]　Liu W.Q.,Liang Z.G.,Kou D.X.,Hu L.H.,Dai S.Y.,Chem.J.Chinese Universities ,2012,33(12),2697 2702(刘伟庆,梁忠冠,寇东星,胡林华,戴松元.高等学校化学学报,2012,33(12),2697 2702)[17]　Gratzel M.,Inorg.Chem.,2005,44(20),6841 6851[18]　van de Lagemaat J.,Park N.G.,Frank A.J.,J.Phys.Chem.B ,2000,104(9),2044 2052[19]　Dai J.,Hu L.H.,Lin W.Q.,Dai S.Y.,Acta Physica Sinica ,2008,57(8),5310 5315Effect of Coating Layer Thickness on the Electron Injection Efficiency and Electron Lifetime in Dye⁃sensitized Solar CellsHU Lin⁃Hua,MO Li⁃E,LI Wen⁃Xin,DING Yong,DAI Song⁃Yuan *(Key Lab of Novel Thin Film Solar Cells ,Institute of Plasma Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Hefei 230031,China )Abstract Sm 2O 3was coated into the TiO 2films by a dipping method,and Sm 2O 3with thickness no more than 2nm was obtained.The effects of thickness of Sm 2O 3coating layer on the electron injection process and the electron recombination of dye⁃sensitized solar cells (DSC)were investigated.The results indicate that the electron injection efficiency decreases obviously in the thicker Sm 2O 3coating films,while electrons have longer lifetime in the thicker coating film.As a result,the thicker coating thickness is,the lower conversion efficiency of DSC is.And the present research works indicate that the coating thickness of Sm 2O 3layer within 0.4nm is suitable for dye⁃sensitized solar cells.Keywords Electron injection;Electron recombination;Samarium oxide;Dye⁃sensitized solar cell(Ed.:S ,Z ,M )1022　No.9　胡林华等:纳米级包覆层厚度对染料敏化太阳电池中电子注入效率和电子寿命的影响。

纳米SiC对半金属摩擦材料性能的影响
陈东;黄平;朱文坚
【期刊名称】《现代制造工程》
【年(卷),期】2005(000)004
【摘要】通过对比试验,研究纳米SiC对半金属摩擦材料性能的影响.试验表明,在半金属材料中,用纳米SiC代替普通的SiC粉体,摩阻材料的摩擦系数并没有明显的改善,而磨损率却大大地增加.借助扫描电镜(SEM)对混合粉体和摩擦表面的观察以及试验数据的分析,找到引起磨损增大的原因.
【总页数】3页(P72-74)
【作者】陈东;黄平;朱文坚
【作者单位】华南理工大学机械工程学院,广州,510641;华南理工大学机械工程学院,广州,510641;华南理工大学机械工程学院,广州,510641
【正文语种】中文
【中图分类】TH16
【相关文献】
1.增强组分对半金属摩擦材料摩擦学性能的影响 [J], 王玥;周元康;聂华伟
2.KH-550改性钢纤维对半金属摩擦材料摩擦学性能的影响 [J], 李国庆;曹阳;周元康;聂华伟;朱文祥
3.生产过程中工艺条件对半金属摩擦材料性能影响的探讨 [J], 瞿雄伟;王晓平
4.铜粉对半金属摩擦材料摩擦学性能的影响 [J], 丁旭;陈杰;黄智;孙丽华
5.固体润滑剂对半金属摩擦材料性能的影响 [J], 姚嘉伶;肖迎红;车剑飞
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两亲SiO_(2)纳米颗粒的制备及提升聚合物性能
贾寒;田子豪;黄维安
【期刊名称】《实验室研究与探索》
【年(卷),期】2022(41)4
【摘要】提出了一种两亲SiO_(2)纳米颗粒的制备方法,借助红外光谱及Zeta电位测试证实了相关基团在SiO_(2)纳米颗粒两侧成功接枝,探究了其对聚合物聚丙烯酰胺(HPAM)性能的影响。

通过稳态和动态流变性测试发现,两亲性和亲水性的
SiO_(2)纳米颗粒都可以增强聚合物溶液黏度和黏弹性。

聚合物通过分子间作用力吸附在SiO_(2)纳米颗粒表面,形成复杂的三维网络结构,由于两亲SiO_(2)纳米颗粒的两侧非对称结构,其与HPAM分子间存在氢键、静电作用和疏水作用等多重相互作用,促使两亲SiO_(2)纳米颗粒比未修饰亲水SiO_(2)纳米颗粒在提升聚合物性能方面效果更为显著。

进一步研究发现,与未修饰亲水SiO_(2)纳米颗粒相比,两亲SiO_(2)纳米颗粒能够在高温、高盐条件下使聚合物溶液具有更高的黏度保留率。

【总页数】5页(P17-20)
【作者】贾寒;田子豪;黄维安
【作者单位】中国石油大学(华东)石油工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE357
【相关文献】
1.聚合物纳米颗粒的制备及其应用(Ⅱ)利用合成聚合物或天然大分子制备纳米颗粒
2.P(C_9-AA)两亲聚合物制备大颗粒苯丙乳液
3.两亲性纳米颗粒的制备及提高采收率性能
4.两亲二氧化硅纳米颗粒的制备及性能研究
5.用两亲聚合物制备大颗粒苯丙乳液
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CaF2包覆Zn2SiO4∶Mn2+绿色荧光粉的发光性能研究李峰;梅桢;张卫华;杨彬亚;杨激;席增卫;王伍宝【期刊名称】《西安理工大学学报》【年(卷),期】2013(029)001【摘要】采用溶胶-凝胶法在Zn2SiO4:Mn2荧光粉颗粒表面包覆一层CaF2薄膜,研究CaF2膜对Zn2SiO4:Mn2+荧光粉的表面形貌以及发光性能的影响.利用扫描电子显微镜、XPS光电子能谱仪、荧光光度计分析包膜荧光粉的表面形貌、成分、紫外发射特性,并在模拟的等离子显示器工作条件下测试材料的真空紫外特性,与未包覆的Zn2SiO4:Mn2+荧光粉的各项性能进行比较.结果表明,CaF2在Zn2SiO4:Mn2+荧光粉表面呈细小颗粒状弥散分布,包覆后的荧光粉的亮度得到了明显的提高,余辉时间没有改变,色坐标未发生较大漂移,此结论对于改善PDP的显示性能及降低其成本均具有重要意义.【总页数】5页(P61-65)【作者】李峰;梅桢;张卫华;杨彬亚;杨激;席增卫;王伍宝【作者单位】西安理工大学,材料科学与工程学院,陕西西安710048;西安理工大学,材料科学与工程学院,陕西西安710048;西安理工大学,材料科学与工程学院,陕西西安710048;陕西彩虹荧光材料有限公司,陕西咸阳712021;陕西彩虹荧光材料有限公司,陕西咸阳712021;陕西彩虹荧光材料有限公司,陕西咸阳712021;陕西彩虹荧光材料有限公司,陕西咸阳712021【正文语种】中文【中图分类】O482.31【相关文献】1.SrCO3:Mn2+绿色荧光粉的合成和发光性能 [J], 梁玉军;江庆军;李永周;涂东;金萍;杨文龙2.BaAl12O19:Mn2+荧光粉的表面包覆与发光性能 [J], 王晓君;段桂花;赵晓霞;赵学平;崔玉明;申连春;谢宜华;杨华3.绿色荧光粉(Ba,Sr,Mg)Al12O19∶Mn2+制备及真空紫外激发下的发光特性研究[J], 李琼瑛;倪海勇;王灵利;张秋红4.黄色荧光粉Sr8ZnLu(PO4)7:Eu2+,Mn2+的制备与发光性能研究 [J], 冯嘉俊;张杰棠;黄梓垣5.包覆纳米二氧化硅的照明LED用YAG荧光粉的制备及其发光性能研究 [J], 李峰;梅桢;苟少秋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

纳米SiO_(2)对粉煤灰复合水泥力学性能与微观孔隙的影响苏飞鸣;张向新;刘畅
【期刊名称】《混凝土》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】适量的纳米二氧化硅可以提高粉煤灰复合水泥的强度,并促进水泥的二次水化,减少微观孔隙。

然而,由于粉煤灰和纳米SiO_(2)的协同作用较为复杂,为了研究纳米SiO_(2)改性粉煤灰复合水泥的机理,测试了养护28 d时粉煤灰复合水泥抗压强度,并利用SEM、XRD与压汞法等测试手段进行了微观表征。

研究结果表明:纳米SiO2可以有效提高粉煤灰复合水泥的强度,并且还细化了其孔隙结构,增加了水泥中少害孔与无害孔的占比。

当纳米SiO_(2)的掺量为3%时,抗压强度最高且孔隙率最低。

【总页数】5页(P119-123)
【作者】苏飞鸣;张向新;刘畅
【作者单位】广西大学土木建筑工程学院;招商局蛇口工业区控股股份有限公司;悉尼科技大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.041
【相关文献】
1.苯丙乳液与纳米SiO_(2)复合改性超细水泥胶浆的力学性能
2.纳米SiO_(2)改性纤维增强普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复合材料早期性能及微观结构
3.纳米
SiO_(2)/VAE胶粉复合改性水泥基材料的力学性能及抗裂性能4.纳米SiO_(2)对水泥浆体孔隙和微观力学性能的影响5.烧结温度对SiO_(2f)/SiO_(2)陶瓷基复合材料的微观结构和力学性能的影响
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随着军事技术的发展和信息化战争的需要，雷达探测技术在军事上得到广泛应用。

雷达探测技术有不受天气和夜暗的影响、探测距离远、探测精度高的优点，严重威胁敌对方重要军事目标和武器装备的安全。

为降低己方重要军事目标和武器装备被敌方雷达探测发现的可能，提高其战场生存能力，雷达隐身技术应运而生。

雷达隐身技术的研究主要集中在目标的外形隐身设计和雷达吸波材料的制备两个方面。

根据电磁波传输理论可知，吸波材料要想大量吸收电磁波需满足两个条件：低反射（阻抗匹配）和高吸收（电磁损耗）。

表征吸波材料电磁特性的参数有复介电常数ε和复磁导率μ，改变它们的大小可以调控材料的阻抗匹配和电磁损耗特性。

而吸波材料的阻抗匹配性能和电磁损耗性能是相互对立、此消彼长的关系，适当的调整电磁参数可寻求两者之间的平衡，进而获得最佳的吸波效果。

羰基铁粉是一种常见的雷达吸波材料，其颗粒呈“葱头”状，内部组织为不规则的层片结构，吸波效果好、吸收频带宽。

虽然羰基铁粉拥有较好的电磁损耗性能，但其阻抗匹配性能较差，对电磁波的反射较强。

将羰基铁粉与某些材料掺杂混合可以调节其电磁参数，改善匹配性能［1-2］。

通过实验测试和数据计算研究了纳米SiO 2包覆对羰基铁粉电磁参数及其电磁损耗和阻抗匹配性能的影响。

1样品制备及检测1.1实验原料原料为：羰基铁粉，粒径2~3μm （江苏天一超细金属粉末有限公司）；丙酮、乙醇、氨水、正硅酸乙酯、油酸、助剂（江苏宜兴新光科技有限公司提供）。

1.2包覆工艺量取500mL 的丙酮倒入容器中，用JA5003电子天平称取5g 羰基铁粉加入丙酮溶液，同时滴加适量油酸和助剂，并用AF-200Q 搅拌机以250r/min 的转速搅拌20min 左右，使其分散混合均匀；将搅拌好的溶液倒入三口瓶中，分别滴加一定比例的氨水和正硅酸乙酯；待溶液反应完毕，过滤并收集固体，用乙醇对其反复洗涤和过滤，再用蒸馏水洗涤；将清洗干净的剩余物质放在HN101电热鼓风干燥箱中恒温（50℃）充分干燥，再纳米SiO 2包覆对羰基铁粉电磁性能的影响周乾，陆明（解放军理工大学野战工程学院，江苏南京210007）摘要以氨水、正硅酸乙酯为原料，采用溶胶-凝胶法在羰基铁粉颗粒表面包覆纳米SiO 2薄膜，测量和分析了电磁参数变化，并计算损耗角正切和μ/ε比值。

纳米SiO_2对混凝土材料阻尼性能的改良研究刘铁军;乔国富;邹笃建【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2011(042)007【摘要】利用自主开发的三点弯曲梁阻尼测试装置对不同掺量纳米SiO2混凝土的阻尼性能进行了测试,通过X射线衍射仪和扫描电镜研究了不同掺量纳米SiO2对混凝土微观结构的影响,并对其阻尼增强机理进行了初步探讨。

结果表明纳米SiO2掺量为4%时混凝土材料的损耗因子最大,为素混凝土的2.41倍,综合考虑成本、流动性、强度和阻尼等因素确定纳米SiO2的最优掺量为3%;纳米SiO2掺入混凝土中后,与之发生二次水化反应,使得混凝土中六方板状Ca（OH）2晶粒数量减少;纳米SiO2对于混凝土的阻尼增强机理在于纳米SiO2的掺入使得【总页数】6页(P1184-1188,1192)【作者】刘铁军;乔国富;邹笃建【作者单位】哈尔滨工业大学深圳研究生院,广东深圳518055;哈尔滨工业大学土木工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学深圳研究生院,广东深圳518055【正文语种】中文【中图分类】TU528.41;TU502【相关文献】1.PET/SiO_2纳米复合材料的力学性能和结晶性能研究 [J], 付红艳;曾晓飞;王国全;陈建峰2.纳米SiO_2及纳米SiO_2/橡胶复合材料的研究进展 [J], 朱竹青;赵同建;王江;符新3.LLDPE/纳米SiO_2复合材料的力学性能和光学性能研究 [J], 张彦奇;华幼卿4.纳米SiO_2/UP复合材料的力学性能和热性能研究 [J], 王敏;韦春;贾锋超;张波;吕建5.纳米SiO_2含量对尼龙6/SiO_2纳米复合材料蠕变性能的影响 [J], 姜勇;胡朝辉;何浩礼;丁燕怀;许福;张平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

包覆的纳米粒子
佚名
【期刊名称】《齐鲁石油化工》
【年(卷),期】2016(44)2
【摘要】包含分散在多孔氧化硅基质上的金属氧化物，制备方法包括将该金属的
可溶性盐与表面活性剂制成溶液，调节溶液呈碱性，该金属氢氧化物从溶液中沉淀，形成pH值大于7的悬浮液。

然后在搅拌下向悬浮液中加入烷氧基硅烷，得到至少部分被硅烷包覆的金属氢氧化物，焙烧得目的产物。

【总页数】1页(P88-88)
【关键词】纳米粒子;包覆;金属氢氧化物;金属氧化物;烷氧基硅烷;多孔氧化硅;表面
活性剂;可溶性盐
【正文语种】中文
【中图分类】TQ637
【相关文献】
1.包覆纳米镍粒子的碳纳米管磁性研究(英文) [J], 雷中兴;李轩科;汪厚植;洪学勤;陈家唯
2.氨基酸包覆的YVO4:Eu纳米粒子的合成、发光及细胞成像性能 [J], 梁龙琪; 陈
彩玲; 于影; 李雨昕; 李春光; 施展
3.MPTES包覆下转换纳米粒子NaYF4:Yb3+及其氧化改性 [J], 金前鹏; 徐阳
4.聚吡咯包覆氧化铜纳米管（PPy@CuO-NTs）和碳包覆氧化铜纳米管
（C@CuO-NTs）的制备及其电催化性能的研究（英文） [J], 伏文;周洋;陈春年
5.SiO_(2)包覆TiO_(2)复合纳米粒子的制备及防晒性能研究 [J], 张亚如;刘冬;张云;陈昊;曹玉华
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