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文档简介

-[12]。在WO3蒸发过程中,反应温度、沉积温度和氩气流量会影响WO3蒸气的浓度、冷却速度和结晶时间,从而决定最终WO3粉末的形貌和尺寸。在高沉积温度下,例如A区,制备出了较厚的WO3棒。这可能是由于A区沿垂直于基底方向存在较大的温度梯度,所以WO3晶核优先生长,最终形成WO3棒。且由于A区只有很小一部分粉末沉积在收集器上,所以实验者更关注B区和C区采集的样品的生长状况。图1.4概括说明了B区和C区收集的WO3粉末的形态演变与反应温度、收集区域(即沉积温度)和氩气流量的关系。在B区,氩气流量为2L/min时,随着反应温度的升高,最终WO3样品的形态发生了明显的变化,由不规则的颗粒变为半球形颗粒,最后变为八面体颗粒,如图1.4a所示。为了解释这一现象,需要结合WO3在不同温度下的蒸发、成核速率、生长速率等因素考虑。在1300℃和1350℃反应温度下,WO3的成核速率和生长速率之间存在竞争,导致形成不同形貌的WO3颗粒。当WO3晶体的成核速率大于生长速率时,会形成准球形颗粒;反之,会形成不规则颗粒。WO3的蒸发速率随反应温度的升高而增大。当反应温度达到1400℃,蒸发速率可能高于WO3的成核速率及生长速率。此时,WO3晶体的择优生长习性将起主导作用。在保证WO3蒸气充足的情况下,八面体WO6单元简单地交替堆叠,最终形成理想的、稳定的、低表面能的单斜WO3八面体。图1.4B区和C区收集的WO3粉体随反应温度和氩气体流量的形态演变示意图在反应温度不变的情况下,随着氩气流量的增加,最终样品的颗粒尺寸减小,如图1.4b所示。实验者研究认为,随着氩气流量的增加,WO3晶成核速率增加,这是由于WO3蒸气冷却速率的提高以及WO3蒸气在高温区的停留时间缩短。相比之下,WO3晶体的生长速率降低。在氩气流量大于4L/min时,样品中含少量的大颗粒,可能是WO3颗粒从高温区向沉积区转移的过程中发生自团聚。当氩气流量增加到6L/min,形成了直径为20~100nm的准球形WO3纳米粒子。较大的氩气流量导致WO3晶体的过冷度高,因此WO3晶体的成核速率高于其生长速率,从而形成准球形粒子。在不同的反应温度下,氩气体流量为2L/min时,C区样品主要由八面体颗粒组成(图1.4c),这与C区沉积温度较低有关。由于过冷度高,较低的沉积温度为WO3蒸气提供了理想的成核位置。成核后,WO3晶核的生长与其晶面表面能直接相关。由于{111}面具有最低的表面能,所以最终形成具有{111}面裸露表面的稳定WO3,即WO3八面体。从图1.4d可以看出,C区样品的尺寸随着氩气体流量的增加而减小,当氩气体流量大于4L/min时,WO3形成准球形颗粒。由于氩气流量较大,WO3晶体的生长主要受成核速率而非表面能的支配。因此,出现了与B区收集到的粒子相似的

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